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Die
Erfindung betrifft einen Strahler, der eine Mikrowelle gegen eine
Vorrichtung zur elektronischen Verschwenkung abstrahlt bzw. von
dieser Vorrichtung eine Welle empfängt, wobei der Strahler
und die Vorrichtung eine Antenne mit elektronischer Verschwenkung
bilden.
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Bestimmte
Arten von Antennen mit elektronischer Verschwenkung beruhen auf
der Verwendung eines Mikrowellenstrahlers, der eine Struktur anstrahlt,
welche die elektronische Verschwenkung durchführt. Eine
Lösung zur Verwirklichung eines solchen Strahlers, der
hinsichtlich der Qualität des Strahlungsdiagramms der Antenne
zufriedenstellt, ist das Horn. Ein Horn muß jedoch in ausreichendem Abstand
von der angestrahlten Struktur angeordnet werden, was zu voluminösen Antennen
führt. Dies ist bei bestimmten Anwendungen von Nachteil,
beispielsweise bei Geräten, die an Bord von Fahrzeugen
mitgeführt werden.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Strahler, der in Zuordnung zu einer Vorrichtung
mit elektronischer Verschwenkung eine flache und kompakte Bauform
ermöglicht.
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Zu
diesem Zweck umfaßt der Strahler:
- – eine
Primärquelle vom Horntyp, die eine linear in einer gegebenen
Richtung polarisierte Mikrowelle abstrahlt;
- – einen ersten, ebenen Reflektor, der halbdurchlässig
ist und die von dem Horn ausgestrahlte Welle reflektiert;
- – einen zweiten ebenen Reflektor, welcher ferner eine
Drehung der Polarisation der empfangenen Welle gewährleistet,
die dann zu dem ersten Reflektor reflektiert wird und ihn ohne Störung
durchquert.
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Die
von dem ersten Reflektor ausgehende Welle wird dann einer Vorrichtung
aufgegeben, die eine elektronische Verschwenkung in der Polarisationsebene
der empfangenen Welle und in der dazu senkrechten Ebene durchführt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Funktionen
des ersten Reflektors und die der elektronischen Verschwenkung in
der Polarisationsebene durch dieselbe Mikrowellenlinse ausgeführt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
Antenne mit elektronischer Verschwenkung, die den erfindungsgemäßen Strahler
enthält;
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2a und 2b eine
Ausführungsform einer Linse für elektronische
Verschwenkung, die zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen
Strahler geeignet ist;
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3 eine
Ausführungsform einer Vorrichtung zur elektronischen Verschwenkung,
die zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Strahler
geeignet ist;
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4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer Antenne mit elektronischer Verschwenkung und einem erfindungsgemäßen
Strahler; und
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5 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsvariante einer
Antenne mit elektronischer Verschwenkung und mit einem erfindungsgemäßen
Strahler.
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In
den verschiedenen Figuren sind einander entsprechende Elemente mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die
in 1 gezeigte Ausführungsform einer Antenne
mit elektronischer Verschwenkung und mit einem erfindungsgemäßen
Strahler enthält:
- – eine
Mikrowellenquelle S vom Typ eines Hornstrahlers, dessen Phasenzentrum
C0 auf einer Achse XX liegt; diese Quelle
kann eine Mikrowelle senden oder empfangen;
- – einen ebenen Reflektor R, der ferner die Drehung
der Polarisation der empfangenen Welle um 90° gewährleistet;
dieser Reflektor ist um das Phasenzentrum C0 herum
senkrecht zur Achse XX angeordnet;
- – eine Vorrichtung B zur elektronischen Verschwenkung,
die parallel zu dem Reflektor R angeordnet ist, wobei die dem Reflektor
R zugewandte Fläche mit B0 bezeichnet
ist und sich in einem Abstand d von diesem befindet; die Vorrichtung
B umfaßt ferner in der Ebene B0 Mittel,
die einen halbdurchlässigen Reflektor bilden.
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Eine
Ausführungsform der Vorrichtung wird nun unter Bezugnahme
auf die 2 und 3 beschrieben.
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Die
Achse XX bildet die Weisungsachse der Antenne.
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Die
Arbeitsweise des Systems wird nun für den Sendebetrieb
erläutert, wobei es sich versteht, daß die Funktionsweise
bei Empfang analog ist.
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Die
Quelle S sendet gegen den halbdurchlässigen, in der Ebene
B0 liegenden Reflektor, der zur Vereinfachung
mit B0 bezeichnet wird, eine linear polarisierte
Welle, z. B. mit zur Zeichenebene senkrechter Polarisation. Als
Beispiel ist eine Strahlung 10 dargestellt. Der Reflektor
B0 wird in solcher Weise ausgebildet, daß er
für die von der Quelle S herkommende Strahlung reflektiert.
Er kann durch elektrische Leiter verwirklicht werden, die parallel
zur Polarisation der Strahlung von der Quelle S angeordnet sind,
also senkrecht zur Zeichenebene bei diesem Beispiel. Der Ausbreitungsweg
des durch den Reflektor B0 reflektierten
Strahls, der mit 11 bezeichnet ist, wird durch den Punkt
C1 definiert, bei dem es sich um den Bildpunkt
von C0 in bezug auf die Ebene B0 handelt.
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Diese
Strahlung 11 wird durch den Reflektor R erneut in Richtung
des Reflektors B0 reflektiert (Strahl 12),
in einer Richtung, die durch den Punkt C2 definiert
wird, welcher der Bildpunkt von C1 in bezug auf
R ist, nach einer Drehung der Polarisation um 90°, wodurch
die Polarisation in der Zeichenebene liegt (Strahl 12).
Der die Polarisation R drehende Reflektor kann in bekannter Weise
hergestellt werden. Er kann beispielsweise durch eine Lage von parallelen
Drähten gebildet sein, die um 45° bezüglich
der Polarisation der auftreffenden Welle geneigt sind, mit einer
Leiterebene, die einen Kurzschluß in einem Abstand von
der Lage von Drähten bildet, der etwa gleich einer Viertelwellenlänge
der Betriebsfrequenz der Antenne ist.
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Der
Strahl 12 wird dann durch den halbdurchlässigen
Reflektor B0 zu der Vorrichtung B zur elektronischen
Verschwenkung durchgelassen, welche das Bündel zugleich
fokussiert und ablenkt, was in herkömmlicher Weise geschieht.
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Es
ist somit ersichtlich, daß die Vorrichtung B zur elektronischen
Verschwenkung durch eine Kugelwelle angestrahlt wird, deren Radius
D beträgt und gleich dem Dreifachen des Abstandes d ist,
welcher das Horn von der Vorrichtung B trennt. Der erfindungsgemäße
Strahler ermöglicht somit in Kombination mit einer Vorrichtung
zur elektronischen Verschwenkung die Verwendung von flachen Bauelementen
(R, B, B0), wobei überdies der
benötigte Abstand zwischen Quelle und Vorrichtung durch
drei geteilt wird, um eine sehr kompakte Einheit zu erzielen.
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Die
2a zeigt
eine Ausführungsform einer Mikrowellenlinse, die in der
Vorrichtung B der in der vorangehenden Figur gezeigten Anordnung
verwendet wird, schematisch in der Ebene des elektrischen Feldes
E betrachtet; diese Linse kann gemäß der
französischen Patentanmeldung
2 469 808 (Société d'Etude du Radant)
ausgebildet sein.
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Diese
Linse besteht aus einer Mehrzahl von Phasenschiebern, die entlang
einer Achse OZ parallel zu dem elektrischen Feld E angeordnet sind,
wobei in der Figur fünf Phasenschieber gezeigt sind, die mit
D1 bis D5 bezeichnet
sind. Jeder dieser Phasenschieber besteht aus mehreren Tafeln P,
die zueinander parallel entlang einer Achse OX angeordnet sind, die
senkrecht zu der vorgenannten Richtung steht und parallel zur Weisungsachse
XX in 1 ist. Beispielsweise enthält jeder Phasenschieber
vier Tafeln. Die Tafeln sind zwischen Metallplatten 7 angeordnet, welche
parallel zur Ebene XOY und senkrecht zur Achse OZ sind.
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Die
2b zeigt
eine Ausführungsform einer Tafel P nach der
FR-PS 2 469 808 .
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Die
Tafel P besteht aus einem dielektrischen Träger 1,
auf welchen Drähte 2 parallel zueinander und zu
dem elektrischen Feldvektor E der auftreffenden Welle angeordnet
sind. Jeder dieser Drähte 2 trägt Dioden 3.
Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel trägt jeder Draht 2 zwei
Dioden. Diese Dioden sind gleichsinnig gepolt. Die Dioden-Drähte 2 sind durch
Leiter 5 verbunden, die zu ihnen im wesentlichen senkrecht
verlaufen und verwendet werden, um den Durchlaß- oder Sperrzustand
dieser Dioden zu steuern. Diese Steuerung ermöglicht eine
Veränderung der Phasenverschiebung der auftreffenden Welle.
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Die
Tafeln P werden unabhängig voneinander gesteuert; es ist
ersichtlich, daß die Phasenverschiebung, die sie der Welle
erteilen, welche sie durchquert, von einer Tafel zur anderen verschieden sein
kann. Indem mehrere Tafeln hintereinander auf dem Ausbreitungsweg
der Mikrowelle (entlang OX) aneinandergeführt werden, erhält
man einen Phasenschieber, der einer auftreffenden Welle eine Phasenverschiebung
aufgibt, die von 0° bis 360° betragen kann, jeweils
in Inkrementwerten, die von der Anzahl von Tafeln abhängen,
die in einem Phasenschieber aneinandergefügt sind.
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Das
Aufeinanderstapeln mehrerer derartiger Phasenschieber ermöglicht
die Verwirklichung einer elektronischen Verschwenkung in einer Ebene
parallel zum elektrischen Feldvektor E: in 2a ist
als Beispiels eine auftreffende Welle gezeigt, die sich in der Richtung
OX (Pfeil 20) mit der Polarisation E ausbreitet und durch
die Linse um einen Winkel θ (Pfeil 21) abgelenkt
wird.
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Weiterhin
ist ersichtlich, daß im Falle eines elektrischen Feldes
E der auftreffenden Welle, das nicht wie in der Figur gezeigt parallel
zu OZ, sondern parallel zu OY ist, also parallel zu den Metallplatten 7, diese
Metallplatten Leiter bilden, die parallel zur Polarisation der auftreffenden
Welle sind und folglich auch den halbdurchlässigen Reflektor
B0 bilden, unter der Bedingung, daß ihr
Teilungsabstand geeignet eingestellt ist, also kleiner als die halbe
Wellenlänge der auftreffenden Welle ist.
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3 zeigt
eine Ausführungsform der Vorrichtung D in 1 zur
elektronischen Verschwenkung sowie zur Fokussierung der Mikrowelle,
die in zwei senkrechten Ebenen ausgesendet wird.
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In
dieser Figur findet man wieder die Quelle S, welche die Mikrowelle
abstrahlt, deren elektrischer Feldvektor E parallel zur Achse OY
ist, eine erste Mikrowellenlinse L1, die
beispielsweise in der in 2 gezeigten
Weise ausgebildet ist und welche in der Ausbreitungsrichtung OX
Mittel zur Polarisationsdrehung folgen, die gewöhnlich
als Gitter angesprochen werden und mit G bezeichnet sind, sowie
eine zweite Mikrowellenlinse L2 , die
im wesentlichen parallel zur Linse L1 angeordnet
ist.
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Die
Linse L1 enthält beispielsweise
acht Phasenschieber, die mit D1 bis D8 bezeichnet sind und in Richtung OZ aufeinandergestapelt
sowie von einem dielektrischen Material 70 bedeckt sind.
Der halbdurchlässige ebene Reflektor B0 ist
durch die Gesamtheit von Platten 7 der in 2 beschriebenen Art
gebildet.
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Das
Gitter G gewährleistet die Polarisationsdrehung der auftreffenden
Welle um einen Winkel von 90°.
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Die
Funktion der zweiten Linse L2 besteht darin,
die elektronische Verschwenkung in einer Ebene zu gewährleisten,
die senkrecht zu derjenigen Ebene ist, in welcher die Linse L1 wirkt.
Sie wird vorzugsweise analog zur Linse L1 verwirklicht,
jedoch (in der Ebene YOZ) um 90° gegenüber letzterer
verdreht, so daß ihre Platten 7 senkrecht zum
elektrischen Feldvektor der von dem Gitter G ausgehenden Welle sind.
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Die 4 zeigt
schematisch eine zweite Ausführungsform einer Antenne mit
elektronischer Verschwenkung und einem erfindungsgemäßen Strahler.
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In 4 findet
man wieder die Quelle S und den Reflektor R, der überdies
eine Drehung der Polarisation der auftreffenden Welle gewährleistet.
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Bei
dieser Ausführungsform enthält die nunmehr mit
B1 bezeichnete Vorrichtung zur elektronischen
Verschwenkung keine integrierten Mittel zur Bildung des halbdurchlässigen
Reflektors; es geht folglich auf der Seite der Quelle S ein halbdurchlässiger
unabhängiger Reflektor R1 voraus,
der beispielsweise durch ein Netzwerk von Drähten gebildet
ist, die parallel zur Polarisation der von der Quelle S ausgehenden
Welle sind.
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Die
Arbeitsweise dieser Vorrichtung stimmt mit der nach 1 überein.
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Die 5 zeigt
schematisch eine Ausführungsvariante einer Antenne mit
elektronischer Verschwenkung und einem erfindungsgemäßen
Strahler.
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In
dieser Figur findet man wieder die Quelle S, den Reflektor R und
beispielsweise eine Vorrichtung B zur elektronischen Verschwenkung,
die integrierte Reflektormittel entsprechend 1 enthält.
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Das
System nach 5 enthält ferner vor der
Vorrichtung B auf der Seite der Quelle S eine Dämpfungstafel
A. Die Funktion dieser Dämpfungstafel besteht darin, die
Strahlung zu absorbieren, welche auf die Vorrichtung B in dem gesamten
Raume außerhalb eines Kegels 13 auftrifft, mit
welchem die Quelle S strahlt. Sie besteht beispielsweise aus Kohlenstoff-Widerstandsdrähten,
die parallel zueinander und in einem Abstand von der Vorrichtung
B in der Größenordnung einer Viertelwellenlänge
bei der Betriebsfrequenz des Systems angeordnet sind.
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Die
Störstrahlung außerhalb des Kegels 13 ("spill
over") und diejenigen Wellen, deren Polarisation senkrecht zur Polarisation
der Nutzwelle ist, werden so durch die Dämpfungstafel A
absorbiert. Gleichfalls wird jegliche Strahlung, die auf störenden Reflexionen
an der Vorrichtung B beruht, nach Reflexion an dem Reflektor R,
durch die Tafel A außerhalb des nutzbaren Kegels 13 absorbiert.
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Zur
Vervollkommnung der Anordnung kann der Reflektor B0 auf
der Höhe der Achse XX leicht deformiert werden, um in an
sich bekannter Weise jegliche Reflexion zur Quelle S hin zu vermeiden.
Ferner kann der Reflektor R um die Quelle S herum deformiert werden,
mit einer Kurve, die komplementär zur Deformierung des
Reflektors B0 ist, um Deformationen des
Mikrowellenbündels zu korrigieren, welche durch die Deformation
des Reflektors R eingeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - FR 2469808 [0022, 0024]