DE3503990C2 - Breitbandiges Richtantennensystem - Google Patents

Abstract

Breitbandige Richtantenne aus zwei Flachbandleitern, die sich bezüglich eines Antennelementes nach der Aperturseite trichterförmig aufweitet, wobei die fußpunktseitigen Anfangsbereiche der Flachbandleiter dicht nebeneinanderliegen, zunächst nahezu parallel verlaufen und schmal ausgebildet sind, um sich nach den aperturseitigen Endbereichen hin zu verbreitern. Für die Ortung von im Erdboden verborgenen kleinen Gegenständen mit handlichen Geräten guter Auflösung muß eine solche Antenne kleiner und in ihrer Auflösung und Tiefenwirkung verbessert ausgestaltet werden. Hierzu werden in der gedachten großen Apertur zumindest eine Zeile entsprechend kleinerer, unter sich gleicher Richtantennen matrixartig abstandslos nebeneinander angeordnet, die einzeln oder in größeren Feldern gleichzeitig ansteuerbar sind. Die Impulse werden der Aktivierung der Antennen entsprechend abgestrahlt und die Signalamplituden empfangsseitig laufzeitverschoben in einer ein niederfrequentes Signal simulierenden Weise aufaddiert.

Description

a) mehrere einzelne, unter sich gleiche Antennenelemente (1') Ober Widerstände (8) an den benachbarten Leitungshälften aperturseitig zu wenigstens einer Zeile (6) zusammengesetzt sind,

b) beiderseits der Zeile (6) je eine Absorberplatte (11) parallel zur Symmetrieebene der Antennenzeile angeordnet ist und

c) ein einzelnes Antennenelement (V) oder eine Gruppe benachbarter Antennenelemente nacheinander entlang der Zeile (6) schrittweise im Abstand von einem bzw. mehreren zu einer Gruppe zusammengefaßten Antennenelementen angesteuert und das jeweilige Empfangssignal ausgewertet wird, wobei die Amplituden der entsprechend der Ansteuerung abgestrahlten Einzelimpulse (9) des empfangenen Signals laufzeitverschoben aufaddiert werden.

2. Richtantennensys'em nac^u Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zeilen (6) parallel zueinander angeordnet sind.

3. Richtantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gruppe der angesteuerten Antennenelemente (Γ) auf mehrere Zeilen (6) erstreckt.

Die Erfindung geht aus von einem breitbandigen Richtantennensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Richtantennensystem ist aus IEE Proc, Vol.130, Pt. H, Nr. 6, Oct. 1983, Seiten 403-409, bekannt. Die Impedanz zwischen den Flachbandleitungshälften gestaltet sich hierbei nach einer »taper function«. Die US 38 60 933 enthält eine aus einzelnen Elementen zellenförmig angeordnete Hohlleiterantenne. Zwischen den einzelnen Antennenelementen sind schräg verlaufende Schlitze vorgesehen, über die eine ihnen gemeinsame Flachbandleitung gespeist wird. Ähnliche Antennen sind darüber hinaus der FR 20 15 415, der GB 9 64 458 und der US 30 99 836 zu entnehmen. Alle diese Antennen besitzen eine vergleichsweise grobe Auflösung. Mit abnehmender Größe der Antennenapertur würde der Suchimpuls kürzer, dessen Eindringtiefe dann bei nassem Erdreich und dadurch bedingter Dämpfung u. U. nicht mehr ausreicht, um kleine Gegenstände wahrzunehmen. Andererseits besteht aber für bestimmte Anwendungszwecke das Erfordernis der Handlichkeit, so daß in diesen Fällen hinsichtlich Antennen- und Aperturgröße gewisse Grenzen gesetzt sind.

Ferner ist aus der DE-OS 15 16 756 eine Antenne bekannt, bei der zum Zweck einer Strahlungsbündelung auch mehrere solcher Antennen zu einer flächenartigen Apertur zusammengefaßt werden. Ober die geometrische Ausbildung, eine eventuelle Strahlengangfaltung und auch die Empfängerseite finden sich hier keine Angaben.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, daß gattungsgemäße Antennensystem derart weiterzubilden, daß über einer vorgebenen, etwa der geometrisehen Apertur des Amennensystems entsprechenden Bodenfläche eine feingerasterte Abtastung möglich wird, die das Auffinden im Boden verborgener Gegenstände ohne mechanische Bewegung des Antennensystems ermöglicht, diese Aufgabe wird bei einem breitbandigen Richtantennensystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst Ein solches Antennensystem weist eine hohe Funktionssicherheit aus und läßt sich darüber hinaus in seinen geometrischen Abmessungen so konzipieren, daß es sich im Fall manueller Bedienung gut handhaben läßt.

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 Lfezugszahlen aufweisen. Es zeigt
F i g. 1 die Flachbandleitung einer herkömmlichen Exponential-Bandleitungsantenne,

F i g. 2 die nach Art eines Mosaiks ausgelegte erfindungsgemäße Antenne mit mehreren Zeilen zu je ca. 30 Antennenelementen,

F i g. 3 die mosaikförmige Abstrahlseite der Antenne gemäß F i g. 2 und

F i g. 4 den empfängerseitigen Summierungsvorgang der Signaümpulse der aktivierten Antennenelemente bei einer Antenne gemäß F i g. 2 und 3.

Die Richtantenne 1 in F i g. 1 besieht im wesentlichen aus den beiden Flachbandleitern % und 3. Von ihrem Speisepunkt 4 aus, in dessen Bereich die Flachbandleiter schmal ausgebildet sind, verlaufen sie nahezu parallel, verbreitern sich dann aber nach der Aperturebene hin, während der parallele Verlauf allmählich in eine Auf-Weitung übergeht. Wenn im Speisepunkt 4 über die Koaxialleitung 5 Hochfrequenzenergie eingespeist wird, lassen sich Impulsbreiten von größenordnungsmäßig 500 ps ausstrahlen, deren Amplituden etwa der Hüllkurve 10 in F i g. 4 entsprechen. Sofern die Impulse fehler-

5Q frei abgestrahlt werden sollen, beträgt die Gesamtlänge einer solchen Antenne etwa IV2 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 vor allem aus Fig.2 ersichtlichen Erfindung wird daher vorgeschlagen, mehrere klei- * nere und unter sich gleiche Antennenelemente 1' in ei- ' ner Zeile abstandslos so nebeneinander anzuordnen,, daß die Ausdehnung ihrer Aperturen derjenigen der herkömmlichen großen Richtantenne 1 von F i g. 1 ent- '·. spricht.

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Um einen horizontalen Abtastvorgang über einen noch größeren Bodenbereich zu ermöglichen, kann die Anordnung der Antennenelemente 1' zu einer Zeile 6 erweitert werden, die in Zeilenrichtung noch über das Maß einer großen Einzelantenne 1 (Fig. 1) hinausgeht Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wären dies etwa 30 Antenntenelemente 1' pro Zeile 6 mit einer Höhe von etwa 30 cm, einer Apertur pro Element von etwa 7,5 cm, einer aperturseitigen Breite der Flachbandleiter 2', 3' von etwa 2 cm und einer Zeilenlänge von etwa 60 bis 70 cm. Das hierbei verwendete Material ist Messing.

Eine solche Zeilenanordnung von Antennenelementen eignet sich als Handgerät zum Aufspüren von im Erdboden verborgenen kleinen Gegenständen, z. B. Minen, und zwar sowohl von für gewöhnlich unmittelbar unter der Erdoberfläche 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 Ausführungsbeispiei nach F i g. 2 sind mehrere, z. B. drei. Zeilen 6 miteinander verbunden, so daß insgesamt ein mosaik- oder matrixförmiger Aufbau entsteht Der Freiraum zwischen den Flachbandleitern 2' und 3' ist aus Stabilitätsgründen mit einem leichten, elektrisch indifferenten Stoff 7, z. B. Schaumstoff, ausgefüllt Bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Antennenelemente Γ anstelle der Schaumstoff-Füllung an außenseitig vorgesehenen Halterungen befestigt werden. Der aperturseitigen Enden der Flachbandleiter 2', 3' grenzen zum Zweck einer Verkleinerung der Gesamtlänge der Antennenelemente Γ beiderseits der Zeilen 6 an. Absorberplatten 11. Sie sind parallel zu den Symmetrieachsen der Richtantennenelemente Γ angeordnet und funktionsmäßig Bestandteil der Antenncnciemer.te. Der erzielte Effekt läßt sich noch dadurch unterstützen, daß die Flachbandleiter-Enden benachbarter Antennenelemente Γ einer Zeile 6 über Dämpfungswiderstände 8 miteinander verbunden werden. Platten und Dämpfungswiderstände können jedoch auch alternativ verwendet werden.

Der mosaik- oder matrixförmige Aufbau der F i g. 2 ist abstrahlseitig, das heißt von seiner Unterseite her gesehen, in F i g. 3 für sich genommen dargestellt. Wenn ein solches Gerät aus nur einer einzigen Zeile 6 besteht, so lassen sich seine Antenneneinzelelemente 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 Antennenelemente gemeinsam aktivieren. Das kleinere stark umrandet dargestellte Feld ist hierbei für Schützen- und das größere für Panzerminen vorgesehen. Die Erfindung ist weder auf die Anzahl der gebündelten Antennenelemente noch auf die Richtung dsr Ansteuerung beschränkt, denn grundsätzlich ist außer der zeilenweisen auch eine spaltenweise Ansteuerung denkbar.

Um mit diesen Antennenelementen V₁ die, wie vorstehend erläutert, eine gute Auflösung und praktisch jede erforderliche Aperturgröße ermöglichen, vor allem bei nassem Erdreich auch tiefer liegende Gegenstände zu orten, bedient man sich nach F i g. 4 folgenden Kunstgriffs: In der empfär.gerseitigen Schaltung werden Verzögerungsglieder vorgesehen. Über ihre Anzahl und Größe läßt sich eine Laufzeitverschiebung bewirken.

Die Amplituden der Einzelimpulse, die von den der gewünschten Aperturgröße entsprechend aktivierten Antennenelementen abgestrahlt werden, können jetzt laufzeitverschoben zu einem Signal 10 aufaddiert werden. Nach einer zeichnerisch nicht dargestellten Variante ist es 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.

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65 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Breitbandiges Richtantennensystem mit Impulsansteuerung und Auswertung zur Detektion von im Boden eingelassenen Objekten, das wenigstens ein Antennenelement aufweist, weiches Antennenelement aus zwei nach der Aperturseite hin aufgeweiteten Flachbandleitungshälften besteht, wobei deren aperturseitige Leitungshäften jeweils widerstandsbelastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß