DE3503990A1

DE3503990A1 - Breitbandige richtantenne

Info

Publication number: DE3503990A1
Application number: DE19853503990
Authority: DE
Inventors: Günter 6906 Leimen Wichmann
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1986-08-07
Also published as: EP0190569A3; EP0190569B1; US4811027A; DE3670179D1; DE3503990C2; IL77519A; EP0190569A2

Description

Breitbandige Richtantenne Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine breitbandige Richtantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Antenne ist Gegenstand der FR-A- 2 015 415, der GB-PS 964,458 und in ähnlicher Weise auch der US-PS 3 099,836. Antennen dieser Art besitzen eine relativ große Apertur sowie eine dadurch bedingte grobe Auflösung. Diesem Umstand ist es zuzuschreiben, daß man mit ihnen zwar im Erdreich verborgene Gegenstände kleiner geometrischer Abmessungen orten kann. Darüberhinaus aber lassen sich - z.B. über ihre Ausmaße, Form und Lage - keine genaueren Aussagen treffen. Wählt man andererseits in ihrer Apertur kleinere Antennen, kann man nur einen kurzen Suchimpuls aussenden, der vor allem bei nassem Erdreich und dadurch bedingter Dämpfung, u.U. nicht mehr tief genug eindringt, um kleine Gegenstände wahrzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Antenne zum Zweck der Ortung von im Erdreich verborgenen kleinen Gegenständen hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen wesentlich kleiner und hinsichtlich ihrer Auflösung und Tiefenwirkung dennoch ausreichend zuverlässig zu gestalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Diese Maßnahmen gewährleisten, daß beim Einsatz solcher Antennen nicht nur die Existenz eines im Erdboden verborgenen Gegenstands schlechthin signalisiert wird, sondern sie lassen über die geometrischen Abemessungen und die Kontur auch Rückschlüsse auf seine Lage und sein Aussehen zu. Hierbei gilt zu berücksichtigen, daß die hinsichtlich des gewünschten Auflösungsvermögens zwar günstigen kleinen Aperturen den Nachteil besitzen, daß sich mit ihnen nur Gegenstände, die unmittelbar unter der Erdoberfläche verborgen liegen, z.B. Schützenminen, nicht dagegen solche in einer größeren Tiefe, z.B. Panzerminen, orten lassen, weil sich nämlich mit Aperturen dieser Größenordnung keine hinreichend langen bzw. niederfrequenten Impulse gebündelt abstrahlen lassen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 die beiden Flachbandleiter einer herkömmlichen

Exponential-Bandleitungsantenne, 10

Fig. 2 die nach Art eines Mosaiks ausgelegte erfindungsgemäße Antenne mit mehreren Zeilen zu je ca. 30 Richtantennenelementen,

Fig. 3 die mosaikförmige Abstrahlseite der Antenne gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 den empfängerseitigen Summierungsvorgang der Signalimpulse der aktivierten Antennenelemente in der Art eines niederfrequenten Signals der Antenne gemäß Fig. 2 und 3.

Die Richtantenne 1 in Fig. 1 besteht im wesentlichen aus den beiden Flachbandleitern 2 und 3, die sich nach der Aperturseite hin trichterförmig aufweiten. Die fußpunktseitigen Anfangsbereiche der Flachbandleiter 2 und 3 liegen dicht nebeneinander, verlaufen zunächst nahezu parallel und sind vergleichsweise schmal ausgebildet. Ihre Breite nimmt in Richtung Aperturseite kontinuierlich zu, um in den Endbereichen die maximale Breite zu erreichen, so daß der WeIlenwiderstand innerhalb des Trichterbereichs stetig ansteigt. Wenn im Fußpunkt 4 über die Koaxialleitung 5 Hochfrequenzenergie eingespeist wird, lassen sich Impulsbreiten von größenordnungsmäßig 500 ps ausstrahlen, deren Amplituden etwa der Hüllkurve 10 in Fig. 4 entsprechen. Sofern solche Impulse fehlerfrei abgestrahlt werden sollen, beträgt die Gesamtlänge einer solchen Antenne etwa 1 1/2 m und ihre Apertur in beiden Richtungen etwa 25 - 30 cm. Insoweit handelt es sich um bekannten Stand der Technik.

Obgleich Richtantennen dieser Dimensionen genügend lange Impulse abstrahlen, um z.B. beim Suchen nach im Erdboden verborgenen Gegenständen tief genug einzudringen, sind sie nicht für alle Verwendungszwecke geeignet. Sie sind zu unhandlich und in ihrer Apertur zu groß, um bei Anordnung vieler solcher Antennen nebeneinander, z.B. als Antennenzeile quer vor einem Fahrzeug, eine feingerasterte Abtastung zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung ist man daher dazu übergegangen, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, mehrere kleinere und unter sich gleiche Richtantennen Γ in einer Zeile abstandslos so nebeneinander anzuordnen, daß die Ausdehnung ihrer Aperturen derjenigen der großen Richtantenne 1 von Fig. 1 entspricht. Um einen horizontalen Abtastvorgang über einen noch größeren Bodenbereich zu ermöglichen, wird die Anordnung der Richtantennenelemente Γ zu einer Zeile 6 erweitert, die in Zeilenrichtung über das Maß einer großen Einzelantenne 1 (Fig. 1) hinausgeht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wären dies etwa 30 Richtantennenelemente 1¹ pro Zeile 6 mit einer Höhe von etwa 30 cm, einer Apertur pro Element von etwa 7,5 cm, einer aperturseitigen Breite der Flachbandleiter/von etwa 2 cm und einer Zeilenlänge von etwa 60 bis 70 cm. Das hierbei verwendete Material ist Messing.

Eine solche Zeilenanordnung von Richtantennenelementen eignet sich als Handgerät zum Aufspüren von im Erdboden verborgenen kleinen Gegenständen, z.B. Minen, und zwar sowohl von für gewöhnlich unmittelbar unter der Erdobenfläche befindlichen Schützenminen, als auch von etwas tiefer, in der Regel um die 20 cm, im Erdboden versenkten Panzerminen, wobei es in letzterem Fall noch einer zusätzlichen elektrischen Maßnahme bedarf, auf die am Schluß der Beschreibung näher eingegangen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind mehrere, z.B. drei, mit der Bezugszahl 6 gekennzeichnete Zeilen miteinander verbunden, so daß insgesamt der Eindruck eines mosaik- oder matrixförmigen Aufbaus entsteht. Der Freiraum zwischen den Flachbandleitern 2¹ und 3' ist aus Stabilitätsgründen mit einem leichten, elektrisch indifferenten Stoff 7, z.B. Schaumstoff, ausgefüllt. Bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann er auch entfallen, jedoch müssen

dann die Richtantennenelemente 1' an außenseitig vorgesehenen Halterungen befestigt werden. Die aperturseitigen Enden der Flachbandleiter 2¹, 3¹ grenzen zum Zweck einer Verkleinerung der Gesamtlänge der Richtantennenelemente Γ beiderseits der Zeilen 6 an Absorbermaterial 11. Dasselbe ist plattenförmig ausgebildet, parallel zu den Symmetrieachsen der Richtantennenelemente Γ angeordnet und funktionsmäßig Bestandteil der Richtantennenelemente. Der erzielte Effekt läßt sich noch dadurch unterstützen, daß die Flachbandleiter-Enden benachbarter Richtantennenelemente 1¹ einer Zeile 6 über Dämpfungswiderstände miteinander verbunden werden. Platten und Dämpfungswiderstände können jedoch auch alternativ verwendet werden.

Der mosaik- oder matrixförmige Aufbau der Fig. 2 ist abstrahlseitig, das heißt von seiner Unterseite her gesehen, in Fig. 3 für sich genommen dargestellt. Wenn ein solches Gerät aus nur einer einzigen Zeile 6 besteht, so lassen sich seine Richtantenneneinzelelemente Γ beim Suchen nach im Erdboden verborgenen Gegenständen entweder einzeln oder - zum Zweck der Vergrößerung der Apertur - in Gruppen aktivieren. Besteht das Gerät dagegen - wie dargestellt - aus mehreren Zeilen 6, so lassen sich auch ganze Felder solcher Richtantennenele-

*)
mente gemeinsam aktivieren. Die Erfindung ist weder auf die Anzahl der gebündelten Richtantennenelemente noch auf die Richtung der Ansteuerung beschränkt, denn grundsätzlich ist außer der zeilenweisen auch eine spaltenweise Ansteuerung denkbar.

Um mit diesen Richtantennenelementen 1¹, die, wie vorstehend erläutert, eine gute Auflösung und praktisch jede erforderliche Aperturgröße zu ermöglichen, vor allem bei nassem Erdreich auch tiefer liegende Gegenstände zu orten, bedient man sich nach Fig. 4 folgenden Kunstgriffs: In der empfängerseitigen Schaltung müssen Verzögerungsglieder vorgesehen werden. Über ihre Anzahl und Größe läßt sich eine Laufzeitverschiebung bewirken. Die Amplituden der Einzelimpulse, die von den der gewünschten Aperturgröße entsprechend aktivierten Richtantennenelementen abgestrahlt werden, können jetzt laufzeitverschoben und in einer ein niederfrequentes Signal 10 simulierenden Weise aufaddiert werden. Nach einer zeichnerisch nicht dargestellten Variante ist es

*) üas kleinere stark umrandet dargestellte Feld ist hierbei für Schützen- und das größere für Panzerminen vorgesehen.

auch möglich, anstelle des Aufsummierens laufzeitverzögerter Einzelimpulse ganze Impulsketten in den Erdboden abzustrahlen, deren Umhüllende einem langen Impuls entspricht.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die erwähnten Zahlen- und Materialangaben beschränkt ist, sondern dieselben den jeweiligen Einsatzverhältnissen angepaßt werden müssen.

Claims

ELTRO GMBH GESELLSCHAFT FÜR STRAHLUNGSTECHNIK Kurpfalzring 106, 6900 Heidelberg Ma/Kr/563 Patentansprüche

1. Breitbandige Richtantenne in Trichterform, die bezüglich eines Antennenelements aus zwei symmetrisch angeordneten Flachbandleitern besteht, deren fußpunktseitige Anfangsbereiche dicht beieinander liegen, nahezu parallel und schmal, jedoch nach den aper turseitigen Endbereichen hin breiter werdend ausgebildet sind, so daß der Wellenwiderstand innerhalb des Trichterbereichs stetig ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in der als Begrenzung vorgesehenen vergleichsweise großen, jedoch real nicht existenten Apertur der Antenne (1) zumindest eine Zeile (6) entsprechend kleinerer, unter sich gleicher Richtantennen (V) nach Art einer Matrix abstandslos nebeneinander liegend angeordnet ist,

b) antennenseitig einzelne Richtantennenelemente (Γ) oder ganze Felder solcher Elemente gleichzeitig oder nacheinander und jeweils mit dem vorausgehenden Element bzw. Feld geringfügig verschachtelt ansteuerbar sind und

c) die Amplituden der entsprechend der Ansteuerung abgestrahlten Einzelimpulse (9) empfangsseitig mit oder ohne Laufzeitglieder gegebenenfalls laufzeitverschoben in einer ein niederfrequentes Signal (10) simulierenden Weise aufaddiert werden.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem zeilen- oder matrixförmigen Aufbau der Richtantennen (Γ) die aperturseitigen Enden der Flachbandleiter (2¹; 3') an Absorbermaterial (11) grenzen.

3. Richtantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbermaterial (11) Plattenform besitzt und parallel zu den Symmetrieachsen der Richtantennenelemente (Γ) beiderseits der Zeilen (6) verläuft.

4. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aperturseitigen Enden der Flachbandleiter (2¹; 3') einander benachbarter Richtantennenelemente (1¹) innerhalb einer Zeile (6) alternativ oder zusätzlich zum Absorbermaterial (11) über Dämpfungswiderstände (8) verbunden sind.

5. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die dadurch gekennzeichnet ist, daß aus Stabilitätsgründen entweder der Freiraum zwischen den Flachbandleitern (2¹; 3') mit Schaumstoff (7) gefüllt ist oder die Flachbandleiter antennenaußenseitig an Halterungen befestigt sind.

6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Zeile (6) aus etwa

30 Richtantennenelementen (V) mit einem Aperturdurchmesser von kleiner als 10 cm, einer Höhe von etwa 30 cm sowie einer aperturseitigen Breite der Flachbandleiter (2¹; 3¹) von etwa 2 cm zusammensetzt und eine Länge von etwa 60 bis 70 cm aufweist. 25

7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sie für die Ortung von Schützen- und Panzerminen als Handgerät oder in einer verlängerten Version zum Schutz von Fahrzeugen Verwendung findet.