DE3738705A1 - Anordnung zur veraenderung der keulenbreite einer mikrowellenantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Veränderung, ins­ besondere Verkleinerung oder Vergrößerung der Keulenbreite einer Mikrowellenantenne, insbesondere Millimeterwellenan­ tenne gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Anwendungen, beispielsweise beim Einsatz in Radargeräten, muß die Keulenbreite einer Mikrowellenantenne während des Betriebs verändert, insbesondere verkleinert oder vergrößert werden.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, in Reflektor- oder Linsenantennen unterschiedlich stark bün­ delnde Speisehörner einzusetzen. Dies führt zu unterschied­ lich starker Ausleuchtung der Reflektor- oder Linsenapertur der Antenne und damit zu den gewünschten unterschiedlichen Keulenbreiten. Muß jedoch die Keulenbreite in einem weiten Bereich beispielsweise von 1° bis 10° variiert werden, wird die Speisehornapertur so groß und die damit zu beleuchtende Reflektor- oder Linsenapertur so klein, daß als Folge ein ausgeprägtes Aperturblocking auftritt.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, bei einer Reflektor- bzw. Linsenantenne einen äußeren Teil der Reflektor- bzw. Linsen­ fläche mit mikrowellenabsorbierendem Material abzudecken. Mit zunehmender Abdeckung verschlechtert sich jedoch der Wirkungsgrad der Antenne und vermindert sich der Abstand der Nebenkeulen von der Hauptkeule.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Keulenbreite einer vorgegebenen Mikrowellenantenne bzw. Millimeterwellen­ antenne zu verändern, insbesondere zu verkleinern oder zu vergrößern, ohne daß hierzu Änderungen an der Antenne selbst und/oder an dem damit fest verbundenen Mikro- bzw. Milli­ meterwellen-Teil erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 be­ schrieben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Nahfeld beispielsweise einer planaren Antenne oder einer Reflektor­ oder Linsenantenne die Phasenfronten der Mikrowellenstrah­ lung näherungsweise eben sind. Es ist daher möglich, mit Hilfe von Sammel- bzw. Zerstreuungslinsen, die in den Strah­ lengang einer solchen Antenne eingebracht werden, das ur­ sprüngliche Mikrowellenstrahlungsbündel der Antenne nach den Regeln der geometrischen Optik zu bündeln (fokussieren) bzw. aufzuweiten (defokussieren). Mit Hilfe eines geeigneten Linsensystems im Strahlengang der Antenne, welches aus mindestens einer Sammellinse und mindestens einer Zerstreu­ ungslinse besteht, ist es daher erfindungsgemäß möglich, die ursprüngliche Keulenbreite der Antenne in einem weiten Bereich zu verändern, insbesondere zu verkleinern oder zu vergrößern, ohne daß der Wirkungsgrad und/oder die Richtcha­ rakteristik verschlechtert wird.

Durch Austausch des Linsensystems insgesamt oder einzelner Linsen des Systems kann daher mit einem Satz von unter­ schiedlichen Linsensystemen bzw. von unterschiedlichen Einzellinsen die Keulenbreite einer vorgegebenen Mikro­ wellenantenne auf einfache Weise schnell und ohne aufwendige Justierarbeiten in einem großen Bereich verändert werden. Die Mikrowellenantenne bzw. das sie enthaltende Gerät (z.B. Radargerät) braucht hierzu i.a. nicht aus seiner Einsatz­ umgebung herausgenommen zu werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Anordnung zur Vergrößerung der ur­ sprünglichen Keulenbreite einer Reflektorantenne Fig. 2-3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorteil­ haften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1 für den Einsatz in einem 94-GHz Radargerät mit zwei unterschiedlichen Linsensystemen.

Setzt man wie in der vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in Fig. 1 in den Strahlengang 6 einer vorgegebenen Reflektorantenne mit Reflektor 1 und Speisehorn 2 eine Sammellinse 3 der Brennweite fs, wird das ursprünglich parallel Mikrowellenstrahlenbündel 6 der Antenne auf der der Antenne 1, 2 abgewandten Seite der Sammellinse 3 fokussiert. Führt man in diesen konvergierenden Strahlengang 6 eine Zerstreuungslinse 4 der Brennweite fz mit passender Kontur ein, so kann das konvergierende Strahlenbündel hinter der Zerstreuungslinse 4 wieder in ein paralleles Strahlen­ bündel überführt werden. Da nun aber die effektive strahlende Apertur der Zerstreuungslinse kleiner ist als die der Antenne, ist die Keulenbreite entsprechend größer als die ursprüngliche der Antenne selbst. Die optische Achse der Linsen 3 und 4 fallen dabei mit der Hauptachse 5 der Reflektorantenne 1, 2 zusammen. Außerdem stimmt der virtuelle Brennpunkt der Zerstreuungslinse 4 mit dem realen Brennpunkt der Sammellinse 3 annähernd überein. Die Linsen sind vorzugsweise aus dielektrischem Material gefertigt. Anstelle der einfachen Reflektorantenne kann beispielsweise auch eine Doppelreflektorantenne oder eine Linsenantenne oder eine planare Antenne eingesetzt werden.

Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen darin:

• - daß beispielsweise mit einer Sammellinse 3 und einem Satz verschiedener Zerstreuungslinsen 4 die Keulen­ breite einer vorgegebenen Antenne in einem weiten Bereich gegenüber der ursprünglichen Keulenbreite vergrößert werden kann durch Austausch der Zerstreu­ ungslinse, was einfacher zu bewerkstelligen ist als beispielsweise das Austauschen und Neujustieren einer kompletten Reflektorantenne.
• - daß die Vergrößerung der Keulenbreite nicht mit höheren Verlusten erkauft wird, da die mit der Vergrößerung der Keulenbreite einhergehenden Verkleinerung der effekti­ ven strahlenden Apertur nicht durch Abschattung eines Teils der Antennenapertur erreicht wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele von Linsen­ anordnungen mit unterschiedlichen Zerstreuungslinsen gemäß Fig. 1, die beispielsweise vor die Reflektorantenne eines 94-GHz-Radargeräts gesetzt werden können (die einzelnen Teile der Anordnungen in den Figuren sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1).

In einer realisierten Ausführungsform des 94-GHz-Radargeräts hatte die Reflektorantenne selbst einen Durchmesser von 140 mm, was ohne Linsen eine 1,5 dB-Keulenbreite von ca. 1° zur Folge hatte und mit Linsen eine 1,5 dB-Keulenbreite von ca. 3° (Fig. 2) bzw. 8° (Fig. 3).

Es versteht sich, daß die Erfindung mit fachmännischem Wissen aus- und weitergebildet sowie an die unterschiedli­ chen Anwendungen angepaßt werden kann, ohne daß dies hier näher erläutert werden müßte.

So kann beispielsweise zur Verkleinerung der ursprünglichen Keulenbreite die Ausführungsform gemäß Fig. 1 so abgewandelt werden, daß in den Strahlengang einer vorgegebenen Mikro­ wellenantenne eine Zerstreuungslinse eingesetzt wird, wo­ durch das ursprünglich parallele Mikrowellenstrahlenbündel der Antenne auf der der Antenne abgewandten Seite der Zer­ streuungslinse aufgeweitet wird. Führt man in diesen diver­ gierenden Strahlengang eine Sammellinse mit passender Kontur ein, so kann das divergierende Strahlenbündel hinter der Sammellinse wieder in ein paralleles Strahlenbündel über­ führt werden. Da nun aber die effektive strahlende Apertur größer ist als die der Antenne, ist die Keulenbreite ent­ sprechend kleiner als die ursprüngliche der Antenne selbst.

Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise mit einer Zerstreuungslinse und einem Satz verschiedener Sammellinsen die Keulenbreite einer vorgegebenen Antenne in einem weiten Bereich gegenüber der ursprünglichen Keulenbreite verklei­ nert werden durch Austausch der Sammellinse, was einfacher zu bewerkstelligen ist als beispielsweise das Austauschen und Neujustieren einer kompletten Reflektorantenne.

Ferner kann es von Vorteil sein, daß die eingesetzten Linsen eines erfindungsgemäßen Linsensystems in ihrer Lage relativ zueinander und/oder in ihrer Lage relativ zur Lage der Antenne verschiebbar angeordnet sind (bei den Ausführungs­ beispielen in den Figuren beispielsweise entlang ihrer optischen Achse).

Weiterhin ist es denkbar, daß das erfindungsgemäße Linsen­ system um eine Drehachse im Scheitel S der Antenne und senkrecht zur Hauptachse der Antenne schwenkbar angeordnet ist.

Schließlich ist es auch möglich, einen kompletten Satz unterschiedlicher Linsensysteme in einem kreisförmigen Revolvermagazin anzuordnen, wobei das Magazin um eine Achse parallel zur Hauptachse der Mikrowellenantennen drehbar angeordnet ist und der Abstand der beiden Achsen so gewählt ist, daß die optischen Achsen der einzelnen Linsensysteme und die Hauptachse der Antenne durch Drehen des Magazins ineinander überführt werden können.

Claims (16)

1. Anordnung zur Veränderung, insbesondere Verkleinerung oder Vergrößerung der Keulenbreite einer Mikrowellenantenne, insbesondere Millimeterwellenantenne, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anordnung im Strahlengang der Mikrowellen­ antenne (1, 2) angebracht ist und aus einem Linsensystem (3, 4) mit mindestens einer Sammellinse (3) und mindestens einer Zerstreuungslinse (4) besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung, insbesondere Verkleinerung oder Vergröße­ rung der Keulenbreite in einem großen Winkelbereich das ein­ gesetzte Linsensystem (3, 4) insgesamt oder in mindestens einem seiner Teile (3 oder 4) austauschbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte mindestens eine Zerstreuungslinse (4 a) aus einem Satz verschiedener Zerstreuungslinsen mit unter­ schiedlichen Brennweiten (fz) stammt und daß diese ein­ gesetzte Zerstreuungslinse (4 a) gegen mindestens eine andere Zerstreuungslinse (4 b) aus diesem Satz austauschbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte mindestens eine Sammellinse (3) aus einem Satz verschiedener Sammellinsen mit unterschiedlichen Brenn­ weiten (fs) stammt und daß diese eingesetzte Sammellinse (3) gegen mindestens eine andere Sammellinse aus diesem Satz austauschbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der verschiedenen Linsen eines Linsensatzes verschieden sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Sammellinse (3) des Linsensystems (3, 4) zwischen der Mikrowellenantenne (1, 2) und der mindestens einen Zerstreuungslinse (4) angebracht ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Zerstreuungslinse (4) des Linsensystems (3, 4) zwischen der Mikrowellenantenne (1, 2) und der mindestens einen Sammellinse (3) angebracht ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Linsensystems mit der Hauptachse (5) der Mikrowellenantenne (1, 2) zusammenfällt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Linsen des Linsen­ systems (3, 4) in ihrer Lage relativ zueinander und/oder in ihrer Lage relativ zur Lage der Mikrowellenantenne (1, 2) verschiebbar sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Linsen des Linsensystems (3, 4) entlang ihrer optischen Achse verschiebbar sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem (3, 4) um den Scheitel (S) der Mikrowellenantenne (1, 2) schwenkbar ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen des Linsensystems (3, 4) aus dielektrischem Material bestehen.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenantenne eine Reflektor­ antenne (1, 2) ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorantenne eine Doppelreflektorantenne ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenantenne eine Linsen­ antenne ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenantenne eine planare Antenne ist.