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Sende/Empfangs-Antenne
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Die Erfindung betrifft eine Sende/Empfangs-Antenne nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Antenne ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 28
49 438. Als fokussierendes Element ist dort eine modifizierte Luneburg-Linse eingesetzt,
welche eine aus einer Richtung innerhalb eines Sektors einfallende Strahlung auf
einen der Einfallsrichtung gegenüberliegenden Punkt des Linsenumfangs fokussiert.
Zur Überdeckung eines Azimutsektors sind mehrere Primärstrahler am Rand der Linse
auf der dem Sektor gegenüberliegenden Linsenseite nebeneinander angeordnet, so daß
eine Mehrzahl von den mehreren Primärstrahlern zugeordneten Richtdiagrammen, die
azimutal benachbart sind und sich auch überlappen können, entsteht.
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Durch zyklisch aufeinanderfolgendes Anschließen der einzelnen Primärstrahler
an eine Sende/Empfangs-Einrichtung kann mit einer solchen Anordnung ein Richtdiagramm
stufenweise über den Azimutsektor geschwenkt werden. Nachteilig daran ist, daß durch
den Platzbedarf der Primärstrahler die Schwenkung nur in groben Stufen erfolgen
kann, und daß für jede azimutale Diagrammstellung ein gesonderter Primärstrahler
erforderlich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne der eingangs
genannten Art anzugeben, welche mit geringem Aufwand das kontinuierliche Schwenken
eines Richtdiagramms über einen vorgegebenen begrenzten Sektor ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1
beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der Erfindung.
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Das Rotieren des Primärstrahlers um eine feststehende Achse ist mechanisch
einfach zu bewerkstelligen und bewirkt, daß sich der Primärstrahler auf einem Kreis
um die Achse bewegt. Die Formgebung und Ausrichtung von Rotationsachse und Primärstrahler
in bezug auf diese sind erfindungsgemäß so, daß der Kreis sowohl außerhalb des fokussierenden
Elements als auch außerhalb der Antennenapertur liegt. Dadurch läuft der Primärstrahler
bei der Rotation um die Achse nie durch den Strahlengang der einfallenden oder abgestrahlten
Welle und verursacht keine Verblockung der Antennenapertur. Dies schafft eine günstige
Voraussetzung für die noch näher beschriebene Ausführungsform der Erfindung mit
mehreren Primärstrahlern, die gleichzeitig um dieselbe Achse rotierend auf dem Kreisumfang
bewegbar sind. Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung wird die
Brennlinie durch eine Strahlumlenkeinrichtung, die zwischen Primärstrahler und fokussierendem
Element stationär angeordnet ist, auf ein Bogenstück des Kreisumfangs, auf dem der
Primärstrahler umläuft, abgebildet. Die Lage des Richtdiagramms innerhalb des vorgegebenen
Sektors ist bei fester Umlenkeinrichtung und gleichem fokussierendem Element bestimmt
durch die momentane Stellung des Primärstrahlers innerhalb des Bogenstücks, auf
das die Brennlinie abgebildet ist. Durch die bei der Rotation auftretende kontinuierliche
und gleichförmige Bewegung des Primärstrahlers entlang des Bogenstücks wird entsprechend
das Richtdiagramm kontinuierlich über den begrenzten Sektor geschwenkt. Die Überkopplung
der Strahlung zwischen der sich drehenden Zuführung zum Primärstrahler und der im
allgemeinen feststehenden Zuführung zur gleichfalls nicht mitrotierenden Sende/Empfangs-Einrichtung
ist dem Fachmann geläufig, ebenso mechanische Einrichtungen zum Erzeugen der Rotationsbewegung.
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Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung mit mehreren, vorzugsweise
in festem gegenseitigem Abstand gleichzeitig auf dem Kreisumfang bewegbaren Primärstrahler.
Diese können sowohl getrennten Sende/Empfangs-Einrichtungen mit ggf. verschiedenen
Arbeitsfrequenzen oder aber nacheinander auch einer gemeinsamen Sende/Empfangs-Einrichtung
zugeführt sein. Insbesondere die letztgenannte Ausführung ist als besonders vorteilhaft
anzusehen, da hiermit während der Dauer einer Rotation entsprechend den mehreren
Primärstrahlern eine mehrfache Schwenkung des Richtdiagramms über den vorgegebenen
Sektor erfolgen kann. Um eine Schwenkung des Diagramms in gleichen Zeitabständen
zu erzielen, sind die mehreren Primärstrahler vorzugsweise äquidistant, d. h. mit
gleichem Winkelversatz über den
Kreisumfang verteilt angeordnet.
Eine optimale Wiederholfrequenz der Diagrammschwenkung ergibt sich, wenn das Bogenstück,
auf das die Brennlinie abgebildet ist, sich über einen Winkel von 360°/n erstreckt
und n die Zahl der gleichmäßig über den Kreisumfang verteilt angeordneten Primärstrahler
ist. Eine Schwenkung des Richtdiagramms beginnt, wenn ein Primärstrahler den Anfang
des Brennlinien-Bogenstücks erreicht und dabei mit den Sende/Empfangs-Einrichtungen
verbunden wird. Während der Bewegung über das Bogenstück bleibt die Verbindung mit
den Sende/Empfangs-Einrichtungen bestehen und wird das Diagramm über den Sektor
geschwenkt. Die Schwenkung des Diagramms ist beendet, wenn der Primärstrahler das
Ende der Brennlinie erreicht hat. Er wird dann von den Sende/Empfangs-Einrichtungen
abgekoppelt. Gleichzeitig erreicht der nächste Primärstrahler den Anfang der Brennlinie
und wird nunmehr mit den Sende/Empfangs-Einrichtungen gekoppelt. Um Überschneidungen
beim An- und Abkoppeln zu vermeiden, kann es günstig sein, den Winkel, über den
sich das Brennlinien-Bogenstück erstreckt, geringfügig kleiner zu halten als 3600/n.
Das sukzessive Verbinden der einzelnen Primärstrahler mit den Sende/Empfangs-Einrichtungen
erfolgt vorteilhafterweise über einen gemeinsamen Hohlleitersektorschalter.
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Gemäß einer günstigen Ausführungsform sind die Primärstrahler als
Hohlleiterstrahler ausgebildet. Bei einer Anordnung, bei der die Primärstrahler
lösbar mit dem Hohlleitersektorschalter verbunden sind, ist auf einfache Weise der
Einsatz der gleichen Sende/Empfangs-Einrichtungen an verschiedenen fokussierenden
Elementen möglich, da zur Anpassung an veränderte geometrische Bedingungen im wesentlichen
nur die Länge der Zuleitungen zu den Primärstrahlern verändert werden muß.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich durch eine rotationssymmetrische
Parallelplattenanordnung mit einem Dielektrikum radial veränderlicher Dicke als
fokussierendes Element. Anhand einer solchen besonders vorteilhaften Ausführungsform
und unter Bezugnahme auf die Abbildungen ist die Erfindung nachfolgend noch weiter
veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Antenne mit einer Parallelplatten-Schichtlinse FIG. 2 den Strahlverlauf einer einfallenden
ebenen Welle zwischen den strahlbegrenzenden Flächen dieser Anodnung FIG. 3 eine
derartige Anordnung mit Blick in Richtung der Rotations- und Symmetrieachse auf
der Seite der Primärstrahler.
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Bei der in FIG. 1 dargestellten Parallelplattenanordnung ist das fokussierende
Element gebildet durch eine erste Platte 1 und eine zweite Platte 2, welche eine
dielektrische Schicht 9 trägt, deren Dicke mit dem Radius variiert.
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Die veränderliche Dicke der dielektrischen Schicht bewirkt eine Radius
abhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten und damit der Ausbreitungsgeschwindigkeit
zwischen den Platten. Die Abhängigkeit der Dicke der dielektrischen Schicht vom
Radius ergibt sich nach Maßgabe der gewünschten Fokussiereigenschaften der Anordnung
in ganz analoger Weise wie bei der Luneburg-Linse. Die ganze Parallelplattenanordnung
ist rotationssymmetrisch. Vorteilhafterweise ist die der ersten Platte 1 gegenüberstehende
Oberfläche der dielektrischen Schicht 9 eben und die dielektrische Schicht in die
zweite Platte 2 eingebettet. Ein Vorteil liegt darin, daß aus
fertigungstechnischen
Gründen in die metallische Platte einfacher ein Profil einzuarbeiten ist, als eine
aufgesetzte dielektrische Schicht nach einem vorgegebenen Profil zu formen. Das
Dielektrikum kann in die mit dem Profil versehene Platte in flüssiger Form eingegossen
und erforderlichenfalls plan geschliffen werden. Zum anderen ist bei ebener Oberfläche
des Dielektrikums 9 und der ersten Platte 1 die Luftschicht zwischen den Platten
konstant, d. h. vom Radius unabhängig, wodurch sich die Berechnung der Radiusabhängigkeit
der Dicke der dielektrischen Schicht wesentlich vereinfacht. Die Dicke der Luftschicht
ist vorteilhafterweise ungefähr gleich oder geringfügig kleiner als die halbe Wellenlänge
der Arbeitsfrequenz. Dies verbessert die Modenselektion der Anordnung. Günstig hier£ür
ist es auch noch, wenn der Radius der beiden Platten 1 und 2 um ein geringes größer
ist als die radiale Erstreckung der dielektrischen Schicht 9, und wenn an dem dadurch
entstehenden Ring 6, wo sich die metallischen Platten direkt gegenüberstehen, der
Plattenabstand ungefähr gleich oder geringfügig kleiner als die halbe Wellenlänge
ist. Dadurch werden Schwingungsmoden höherer Ordnung unterdrückt.
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Am Rande der Platte sind das äußere Teil 3 und das innere Teil 4 der
Umlenkeinrichtung angeordnet, die sich über einen Winkelbereich von beispielsweise
90° unmittelbar an die Pzrallelplattenanordnung anschließen. Die Wellenführung zwischen
dem äußeren Teil 3 und dem inneren Teil 4 bildet die Fortsetzung der Parallelplattenanordnung.
Über einen doppelt kompensierten Winkel (siehe auch vergrößerten Ausschnitt 5')
wird die Strahlung aus der Plattenebene senkrecht zu dieser in Richtung des Primärstrahlers
7 umgelenkt. Ein wesentlicher Vorteil der Ausführung der Umlenkeinrichtung mit einem
doppelt kompensierten Winkel
ist die exakt mögliche Berücksichtigung
bei der Linsenberechnung. Alternativ dazu kann die Umlenkeinrichtung aber auch z.
B. torusförmig ausgebildet sein, was zur Reduzierung von Reflexionen innerhalb der
Umlenkeinrichtung vorteilhaft sein kann (Ausschnitt 5''). Die Parallelplattenlinse
ist so dimensioniert und aufgebaut, daß sie eine (von rechts) einfallende ebene
Welle in einen Punkt 12 der Brennlinie für die optimale Einkopplung in den Primärstrahler
7 fokussiert. Der Verlauf der Strahlung ist durch die strichpunktierte Linie 10
angedeutet. Die Umlenkeinrichtung ist zum Primärstrahler 7 hin konisch aufgeweitet
zur Führung des Hohlleiters und zur optimalen Überkopplung der Strahlung. Über Flansche
15 sind die Verbindungen zu den Primärstrahlern mit dem Hohlleitersektorschalter
lösbar verbunden. Mit hornstrahlerähnlichen Aufweitungen 13 am Linsenrand kann eine
zusätzliche Cewinnerhöhung und Diagrammformung senkrecht zur Plattenebene erzielt
werden. Durch einen in diese aufgeweiteten Vorsätze 13 eingearbeiteten Kanal 14
verlaufen die nicht mit den Sende/Empfangs-Einrichtungen S/E verbundenen Primärstrahler
geschützt auf der Linsenunterseite. Durch Klammern 11 sind die Platten in ihrem
gegenseitigen Abstand fixiert.
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FIG. 3 zeigt dieselbe Anordnung von unten, wodurch die rotationssymmetrische
Ausführung gut zu erkennen ist. Für die Überdeckung des Sektors mit annähernd 600
Breite trägt der Hohlleitersektorschalter 8 sechs Primärstrahler 7, die an der Unterseite
der Antennenanordnung kontinuierlich rotieren. Am Rand der Parallelplattenanordnung,
von der nur die untere Platte 2 zu sehen ist, ist über einen Bereich von 90° dem
zu überdeckenden Sektor gegenüberliegend die Umlenkeinrichtung 3, 4 angeordnet.
Auf dem übrigen Umfang ist der Plattenrand mit den hornstrahlerähnlichen Aufweitungen
13, in deren Unterseite der
Führungskanal 14 eingefräst ist, versehen.
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Bei der Skizze zum Strahlenverlauf in FIG. 2 sind nur die strahlbegrenzenden
Flächen der Parallelplattenanordnung und der Umlenkeinrichtung eingezeichnet. Die
einfallende ebene Welle, dargestellt durch einen zentralen und zwei periphere Strahlen,
wird im inhomogenen Bereich zwischen der Oberfläche I der ersten Platte 1 und der
Oberfläche II der zweiten Platte fokussierend umgelenkt. Sie tritt dann über in
die Fortsetzung des Parallelplattenverlaufs der Umlenkeinrichtung und wird an dem
Umlenkwinkel V senkrecht zur Plattenebene abgelenkt in die Führung zwischen den
Flächen III und IV. Die Strahlen vereinigen sich im Bereich der Umlenkeinrichtung
in einem Punkt der Brennlinie. Die Wellenführung durch die Umlenkeinrichtung hat
keinen fokussierenden Einfluß mehr.
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Mit der beschreibenen erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich eine
besonders kompakte Anordnung mit der Möglichkeit einer einfachen mechanischen Strahlschwenkung.