DE3237136A1 - Antenna having a polar diagram which can be pivoted electronically - Google Patents

Antenna having a polar diagram which can be pivoted electronically

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Abstract

A centrally supplied, circular parallel plate arrangement, having metal rods which are arranged vertically between the plates and can be switched between the plates as short-circuits, is provided as an antenna with a polar diagram which can be pivoted electronically, which metal rods, in each case in groups, simulate one of a plurality of reflector surfaces provided.

Description

Beschreibungdescription

Antenne mit elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm Die Erfindung betrifft eine Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm.Antenna with electronically pivotable directional diagram The invention relates to an antenna with an electronically pivotable step-by-step in a plane Directional diagram.

Die Schwenkung des Richtdiagramms einer Richtantenne durch elektronische Steuerung von Antennenbauelementen bei feststehender Antenne hat gegenüber der mechanischen Schwenkung der gesamten Antenne einige grundlegende Vorteile wie z.B. Wegfall von Trägheitskräften, geringeres Gewicht, nahezu beliebige Schwenkgeschwindigkeit. Für die elektronische Schwenkung von Richtdiagrammen sind im allgemeinen phasengesteuerte Gruppenantennen im Einsatz.The rotation of the directional diagram of a directional antenna by electronic Control of antenna components with a fixed antenna has compared to mechanical Pivoting the entire antenna has some basic advantages such as the omission of Inertial forces, lower weight, almost any swivel speed. For The electronic panning of directional diagrams are generally phased Group antennas in use.

Diese ermöglichen durch Einstellen der Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Strahlern der Strahlergruppe eine Schwenkung des Diagramms. Bei planaren Gruppenantennen ist der Schwenkwinkel relativ zur Antennennormale begrenzt, so daß für eine 3600 Schwenkung des Diagramms im Azimut noch eine mechanische Drehung der Antenne oderteine Anordnung mit mehreren Antennen erforderlich ist.These enable by setting the phase relationships between the individual radiators of the radiator group Panning the diagram. With planar array antennas, the swivel angle is limited relative to the antenna normal, so that for a 3600 pan of the diagram in azimuth there is still one mechanical rotation antenna or a multiple antenna arrangement is required.

Eine elektronische Rundumschwenkung eines Richtdiagramms ist möglich mit einer elektronisch gesteuerten Zylinder-Gruppenantenne. Nachteilig bei solchen Antennen ist ihr relativ großer Platzbedarf und ihr erhebliches Gewicht.An electronic all-round pivoting of a directional diagram is possible with an electronically controlled cylinder group antenna. Disadvantageous with such Antennas are their relatively large space requirements and their considerable weight.

Zudem ist die Herstellung, bedingt durch ein aufwendiges Schalt- und Fokussierungssystem sehr teuer.In addition, the production, due to a complex switching and Focusing system very expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm anzugeben, welche sich demgegenüber durch einen einfachen und platzsparenden Aufbau auszeichnet.The object of the present invention is to provide an antenna with a in one level step-by-step electronically swiveling directional diagram to indicate which In contrast, it is characterized by a simple and space-saving structure.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous configurations and developments of the invention.

Die senkrecht zu den parallelen Platten angeordneten Metallstäbe können als Kurzschlüsse zwischen den Platten geschaltet werden. Vorzugsweise sind hierzu an den FuB-punkten der Metallstäbe Dioden eingesetzt. Bei durchgeschaltet er Diode stellt der zugehörige Metallstab eine leitende Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Platten her. An dem Kurzschluß wird eine sich zwischen den Platten ausbreitende elektromagnetische Welle reflektiert.The metal rods arranged perpendicular to the parallel plates can be switched as short circuits between the plates. Preferably for this purpose Diodes are used at the foot points of the metal rods. When switched through he diode the associated metal rod provides a conductive connection between the opposing ones Plates. At the short circuit there is a spreading between the plates electromagnetic wave reflected.

Bei nicht durchgeschalteter Diode ist die Verbindung zwischen den beiden Platten über den Metallstab gesperrt und eine elektromagnetische Welle wird durch den Metallstab in ihrem Ausbreitungsverhalten nicht beeinflußt. Die Metallstäbe sind so angeordnet, daß sie gruppenweise eine Reflektorfläche hinsichtlich der zentralen Speisestelle nachbilden. Die Reflektorfläche wird um so besser nachgebildet, je dichter die Stäbe, die eine Reflektorfläche nachbilden, benachbart sind. Mit zunehmender Dichte steigt allerdings der Aufwand für Fertigung und Steuerung schnell an und das elektrische Verhalten der Metallstäbe bleibt bei sehr großer Dichte auch nicht mehr ohne Einfluß auf eine Welle zwischen den Platten.If the diode is not switched through, the connection is between the two plates locked via the metal rod and an electromagnetic wave is not influenced in its spreading behavior by the metal rod. The metal bars are arranged so that they have a reflective surface in groups with respect to the central Recreate the dining area. The reflector surface is simulated the better, the more the rods, which simulate a reflector surface, are closer together. With increasing However, the effort for production and control increases rapidly and density the electrical behavior of the metal rods also does not remain at a very high density more without affecting a wave between the plates.

Die mehreren vorgesehenen Reflektorflächen können beliebig ausgerichtet sein, so daß sich beispielsweise für jede Reflektorfläche eine andere Hauptstrahlrichtung ergibt.The multiple reflector surfaces provided can be aligned as desired so that, for example, there is a different main beam direction for each reflector surface results.

Vorteilhafterweise sind jedoch die zu den verschiedenen Reflektorflächen gehörigen Hauptstrahlrichtungen um gleiche Winkelschritte gegeneinander versetzt, so daß der bei der Schwenkung überstrichene Bereich gleichmäßig abgetastet wird. Gemäß einer günstigen Ausführungsform sind die nachgebildeten Reflektorflächen alle gleich geformt, so daß ein einheitliches Richtdiagramm schrittweise fortschreitet.However, those relating to the various reflector surfaces are advantageous Corresponding main beam directions offset from one another by equal angular steps, so that the area swept over during the panning is scanned evenly. According to a favorable embodiment, the simulated reflector surfaces are all shaped identically so that a uniform directional diagram progresses step by step.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 die Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Antenne FIG. 2 einen radialen Schnitt durch eine solche Antenne FIG. 3 eine für Hornbetrieb gestaltete Reflektorfläche FIG. 4 eine parabolisch geformte Reflektorfläche FIG. 5 eine besonders vorteilhafte Ausführung mit mehreren gleichförmigen Reflektorblächen.The invention is illustrated below with reference to the figures. FIG. 1 the plan view of an antenna according to the invention FIG. 2 a radial Section through such an antenna FIG. 3 a reflector surface designed for horn operation FIG. 4 shows a parabolically shaped reflector surface FIG. 5 a particularly advantageous embodiment with several uniform reflector surfaces.

Das Prinzip der Antenne ergibt sich aus FIG. 1 und 2. Sie besteht aus einer zirkularen Parallelplattenanordnung zweier konzentrischer beabstandeter Platten P mit einer zentralen Einspeisung E. Metallstäbe S sind über die Fläche der Platten an einer der Platten montiert und mit der anderen Platte über Dioden D verbunden. Über die Dioden, vorzugsweise PIN-Dioden, können die durch Metallstäbe und Dioden gebildeten Verbindungen zwischen den Platten hoch- oder niederohmig geschaltet werden. Die Zuleitungen zum Durchschalten der Dioden sind in den Abbildungen nicht eingezeichnet. Die Dioden haben vom Rand der zirkularen Platte einen Mindestabstand von Ä/4 mit h als Betriebswellenlänge. Am Außenrand der Platten sind zirkulare Trichter F zur elevationalen Diagrammformung angeordnet.The principle of the antenna is shown in FIG. 1 and 2. It consists from a circular parallel plate arrangement of two concentric spaced apart Plates P with a central feed E. Metal rods S are across the area of the plates are mounted on one of the plates and with the other plate via diodes D connected. The metal rods can be used via the diodes, preferably PIN diodes and diodes formed connections between the plates switched to high or low resistance will. The supply lines for switching the diodes are not shown in the figures drawn. The diodes have a minimum distance from the edge of the circular plate of Ä / 4 with h as the operating wavelength. There are circular funnels on the outer edge of the plates F arranged for elevational chart formation.

Wenn alle Dioden hochohmig geschaltet sind, ergibt sich vorteilhafterweise ein Rundstrahlerdiagramm. Durch Ansteuerung einer Gruppe von Dioden können je nach Anordnung dieser angesteuerten Dioden auf der Plattenfläche unterschiedliche Diagramme erzeugt werden entsprechend den durch die Diodenanordnung nachgebildeten Reflektorflächen.If all diodes are connected to a high resistance, this advantageously results an omnidirectional antenna diagram. By controlling a group of diodes, depending on Arrangement of these activated diodes on the plate surface different diagrams are generated according to the reflector surfaces simulated by the diode arrangement.

FIG. 3 zeigt ein Beispiel für eine hornähnliche Gruppierung durchgeschalteter Dioden DK. Eine andere Diodenanordnung, durch welche ein parabolisch geformter Reflektor mit der Einspeisung E im Brennpunkt nachgebildet wird, zeigt die FIG. 4. Auf der dem Reflektor abgewandten Seite der Speisestelle E is-t noch eine weitere durchgeschaltete Diode angeordnet, welche als Direktor wirkt. Die Dichte der Schaltelemente wird die Diagrammqualität bestimmen, insbesondere die Nebenzipfelhöhe. Der scheinbare Abstand zweier benachbarter durchgeschalteter Metallstäbe der Reflektorfläche sollte aus Sicht der Einspeisestelle und der Hauptstrahlrichtung nicht größer sein als eine Viertelwellenlänge.FIG. 3 shows an example of a horn-like grouping of switched-through Diodes DK. Another diode arrangement through which a parabolic shaped reflector is simulated with the feed E in the focal point, FIG. 4. On the the side facing away from the reflector There is another dining point arranged another through-connected diode, which acts as a director. The concentration of the switching elements will determine the quality of the diagram, in particular the height of the secondary lobe. The apparent distance between two neighboring metal rods connected through the reflector surface should not be larger from the point of view of the feed point and the main beam direction than a quarter wavelength.

Die Verteilung der jeweils aus Metallstab und Diode bestehenden Verbindung zwischen den Platten ist an den verschiedenen gewünschten Richtdiagrammen zu orientieren.The distribution of the connection consisting of a metal rod and a diode between the plates should be based on the various desired directional diagrams.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung für mehrere jeweils um den gleichen Winkel gegeneinander versetzte Richtdiagramme gleicher Form, welche durch einer Parabelfläche nachgebildete Reflektoren erzeugt werden1 zeigt die FIG. 5. Eine dieser Parabelflächen ist gestrichelt eingezeichnet. Die Dioden, die zu Nachbildung der parabolischen Reflektorfläche besonders wesentlich sind, sind als ausgefüllte Kreise eingezeichnet. In der Mitte der Reflektorfläche liegen die Dioden nicht exakt auf der Parabel, um die Dichte der angeordneten Dioden geringer zu halten. Die übrigen Dioden sind als schwarze Punkte eingetragen. Beim Weiterschalten des Diagramms um einen Winkelschritt werden die eine gleichfalls um diesen Winkelschritt versetzte Reflektorfläche nachbildenden Kurzschlußverbindungen bei gleicher Form der Reflektorfläche gegenüber der ersten Reflektorfläche nur um einen Winkel versetzt, ohne daß sich der Abstand der einander entsprechenden Dioden vom Mittelpunkt verändert. Die Dioden liegen dann alle auf zur Einspeisung konzentrischen Kreisen. Der Radius des innersten Kreises entspricht etwa dem Abstand der Einspeisung vom Scheitelpunkt der Parabelfläche und damit etwa der Brennweite der Parabel. Innerhalb dieses Kreises sind zur Nachbildung der parabolischen Reflektorflächen keine Kurzschlußverbindungen erforderlich. Die mehreren, jeweils um den gleichen Winkelschritt gegeneinander versetzten Parabeln schneiden sich in einer Vielzahl von Punkten. Günstigerweise sind die Metallstäbe mit den Dioden jeweils an den Schnittpunkten angeordnet. Dadurch ist jede Diode für die Nachbildung von mehr als nur einer Reflektorfläche einsetzbar. Von der Anordnung der Dioden auf den Parabelschnittpunkten ist in der Mitte der Parabel abgesehen, da ansonsten die aufeinanderfolgenden Kreise unverhältnismäßig dicht zu liegen kämen. Die Parabelfläche ist in diesem Bereich nur angenähert nachgebildet. Die Abweichungen sind allerdings, wie aus der FIG. 5 ersichtlich, gering. Zur Verringerung der Durchstrahlung durch die nachgebildete Reflektorfläche werden vorteilhafterweise auch alle hinter der Reflektorfläche liegenden Dioden niederohmig geschaltet. Dadurch wird die an sich unerwünschte Strahlung nach rückwärts vermindert. Diese vorteihafte Möglichkeit gilt auch für anders als parabolisch geformte Reflektorflächen.A particularly advantageous arrangement for several each around the same Directional diagrams of the same shape offset from one another at an angle, which are represented by a Parabolic surface simulated reflectors are generated 1 shows the FIG. 5. One of these Parabolic surfaces are shown in dashed lines. The diodes that are used to replicate the parabolic reflector surface are particularly important are filled in circles drawn. The diodes do not lie exactly in the center of the reflector surface the parabola in order to keep the density of the arranged diodes lower. The remaining Diodes are shown as black dots. When switching the diagram to one angular step are also offset by this angular step Short-circuit connections simulating the reflector surface with the same shape of the reflector surface offset from the first reflector surface only by an angle, without the distance of the corresponding diodes from the center changes. The diodes then all lie on circles that are concentric to the feed. The radius of the innermost Circle corresponds approximately to the distance of the feed from the vertex the parabolic surface and thus approximately the focal length of the parabola. Inside that circle are no short-circuit connections to simulate the parabolic reflector surfaces necessary. The several, each at the same angular step against each other staggered parabolas intersect at a variety of points. Favorably the metal rods with the diodes are arranged at the intersection points. Through this every diode can be used to simulate more than just one reflector surface. From the arrangement of the diodes on the parabolic intersections is in the middle of the Parabola apart, as otherwise the successive circles are disproportionate would come to lie close. The parabolic surface is only approximated in this area. The deviations are, however, as shown in FIG. 5 can be seen, low. To reduce the radiation through the simulated reflector surface are advantageous also all diodes located behind the reflector surface are switched to low resistance. Through this the radiation, which is undesirable in itself, is reduced backwards. This advantageous The option also applies to reflector surfaces other than parabolic.

Vorteilhafterweise ist um die Speisestelle E ein zusätzlicher Kreis mit weiteren schaltbaren Dioden vorgesehen, dessen Kurzschlußverbindungen als der Reflektorfläche gegenüberliegende Subreflektoren für die Einspeisestelle (Direktoren) geschaltet werden. An die Richtwirkung der Direktoren sind keine besonders hohen Anforderungen zu stellen, so daß auf diesem zusätzlichen Kreis eine geringere Anzahl von beispielsweise sechs Dioden ausreicht.There is advantageously an additional circle around the feed point E. provided with further switchable diodes, the short-circuit connections as the Reflector surface opposite sub-reflectors for the feed point (directors) be switched. The directivity of the directors is not particularly high To make requirements, so that on this additional circle a smaller number of, for example, six diodes is sufficient.

Die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der einzelnen Dioden und/oder Diodengruppen kann beispielsweise einen programmierbaren Prozessor enthalten. Die Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist dem Fachmann an sichegeläufig und dem jeweiligen Anwendungsfall anpaßbar.The control device for controlling the individual diodes and / or Diode arrays can contain a programmable processor, for example. the Design of the control device is known per se to the person skilled in the art and to the respective person Customizable use case.

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Claims (10)

Patentansprüche 1.J Antenne mit einem in einer Ebene schrittweise elektronisch schwenkbaren Richtdiagramm, gekennzeichnet durch eine zirkulare Parallel-Platten-Anordnung mit zentraler Einspeisung (E), durch eine Vielzahl von senkrecht zwischen den parallelen Platten (P) angeordneten, als Kurzschlüsse zwischen den Platten schaltbaren Metallstäben (S), die gruppenweise jeweils eine von mehreren vorgesehenen Reflektorflächen nachbilden, und durch eine Steuereinrichtung, um die Metallstäbe einzeln oder gruppenweise kurzzuschließen 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fußpunkten der Metallstäbe schaltbare Dioden (D) eingesetzt sind. Claims 1.J antenna with a step-by-step in a plane electronically swiveling directional diagram, characterized by a circular parallel plate arrangement with central feed (E), through a multitude of perpendicular between the parallel Plates (P) arranged as short circuits between the plates switchable metal rods (S), which in groups reproduce one of several intended reflector surfaces, and by a control device to short-circuit the metal rods individually or in groups 2. Antenna according to claim 1, characterized in that at the base points of the metal rods switchable diodes (D) are used. 3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß PIN-Dioden eingesetzt sind. 3. Antenna according to claim 2, characterized in that PIN diodes are used. 4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Reflektorflächen entsprechenden Hauptstrahlrichtungen um gleiche Winkelschritte gegeneinander versetzt sind.4. Antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the main beam directions corresponding to the various reflector surfaces are offset from one another by equal angular steps. 5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren nachgebildeten Reflektorflächen untereinander gleich geformt sind.5. Antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the plurality of simulated reflector surfaces are shaped identically to one another. 6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstäbe (S) auf zur Einspeisestelle (E) konzentrischen Kreisen liegen.6. Antenna according to claim 5, characterized in that the metal rods (S) lie on circles concentric to the feed point (E). 7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstäbe gleichmäßig auf dem jeweiligen Kreisumfang verteilt sind.7. Antenna according to claim 6, characterized in that the metal rods are evenly distributed on the respective circumference. 8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorflächen parabolisch mit der Einspeisestelle als gemeinsamem Brennpunkt geformt sind.8. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that that the reflector surfaces are parabolic with the feed point as a common focal point are shaped. 9. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kreis um die Speisestelle mit einem Radius von ca. einer Viertelwellenlänge vorgesehen ist, dessen Metallstäbe als Subreflektor für die Einspeisestelle geschaltet werden.9. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that that an additional circle around the feed point with a radius of about a quarter wavelength is provided, the metal rods connected as a subreflector for the feed point will. 10. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenrand mit zirkularen Trichtern (F) zur elevationalen Diagrammformung versehen ist.10. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that that the plate edge with circular funnels (F) for elevational diagram formation is provided.
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