DE60212078T2

DE60212078T2 - Scanning antennensystem

Info

Publication number: DE60212078T2
Application number: DE60212078T
Authority: DE
Inventors: Ralph Christopher Borehamwood CARTER; Anthony Charles Borehamwood ROWATT; Paul Bernard Borehamwood GILHESPY; David Benjamin Borehamwood STEPHENS
Original assignee: Alenia Marconi Systems Ltd
Current assignee: MBDA UK Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: ATE329378T1; ES2266472T3; DE60212078D1; US20040056813A1; WO2002065574A1; GB0103782D0; US6859183B2; EP1362385A1; EP1362385B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Verbindung mit Abtastantennensystemen.
Bei der Konstruktion von Abtastantennensystemen, wo der Volumenumfang eine wichtige Rolle spielt, ist es von äußerster Wichtigkeit, die Strahlqualität (Nebenkeulenverhalten und Richtungsverstärkung) von einer Antenne aufrecht zu erhalten, wenn die Abtastung über große Winkel, im typischen Fall über mehr als 40°, erfolgt. Wenn außerdem eine Monopulsnachführung erforderlich ist, wird es schwierig zu vermeiden, einen Monopulskomparator auf dem Kardanring, d.h. mit der Antenne drehend, anzuordnen. Der Grund dafür liegt darin, weil eine Monopulsinformation nicht auf einfache Weise von einem Kardanring auf dem nicht abgetasteten Chassis oder Rumpf ausgelesen werden kann, ohne dass der Komparator seine Signalkombinationsfunktion zunächst durchgeführt hat. Bei traditionellen Monopulssystemen liefert der gescannte Komparator drei Signalkanäle, nämlich Summe, Azimuthdifferenz und Höhendifferenz. Diese werden außerhalb des Kardanringes auf das nicht gescannte Chassis über drei getrennte, gelenkig angeordnete Einmoden-Übertragungsleitungen überführt. Jeder Kanal besitzt zwei Drehgelenke, d.h. insgesamt sechs Drehgelenke. Jedes traditionelle Drehgelenk besitzt zwei Anschlüsse, von denen jeder nur einen Übertragungsleitungsmodus zur Ausbreitung führt.
Derartige traditionelle Drehgelenke neigen dazu, die Antennenabtastung zu behindern. Sie sind von einer Resonanzausbildung und dies fordert die Vermeidung unerwünschter Phaseneffekte über weite Frequenzbänder und weite Abtastwinkel.
Die US-A-5 898 490 beschreibt ein Drehgelenk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abtastantennensystem zu schaffen, das eine gleichmäßige Strahlqualität besitzt und in dem eine Wiedergewinnung der Monopulsinformation durch einen Komparator erreicht wird, der außerhalb des Kardanringes befindlich ist und an einem Chassis festgelegt ist.
Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Antennenanordnung, bei der der Monopulskomparator außerhalb des Kardanringes ist und nur zwei Drehgelenke erforderlich sind, um die gewünschte Nachführinformation zu liefern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein quasi-optisches Drehgelenk zur Übertragung zirkular polarisierter Strahlung, welches die folgenden Teile aufweist:
eine erste quasi-optische Linse mit einer ersten Achse;
ein quasi-optisches Spiegelelement, auf dem die erste Linse eine Gauss'sche Strahleinschnürung bewirkt;
eine zweite quasi-optische Linse mit einer zweiten Achse, wobei die erste und zweite Achse senkrecht aufeinander stehen und sich auf dem quasi-optischen Spiegelelement schneiden; und
Lagermittel, die auf ihrer einen Hälfte die erste Linse tragen, die koaxial zur Drehachse der Lagermittel liegt und die auf der anderen Hälfte einen Aufbau des Spiegelelementes und der zweiten Linse tragen, wobei der Aufbau gegenüber der ersten Linse drehbar ist.
Der Ausdruck "Linse", wie er in dieser Beschreibung benutzt wird, soll ein Element kennzeichnen, das eine Phasenfrontkrümmung eines fundamentalen Gauss'schen Strahls von einem Wert von einer Seite des Elementes auf einen anderen Wert auf der anderen Seite des Elementes überträgt. Die Übertragung wird durch die dielektrische Eigenschaft des Elementes erreicht, die unterschiedlich gegenüber jenen des Mediums ist, das außerhalb jenes Elementes existiert und durch die Dicke, die sich mit der Versetzung von der Achse der Ausbreitung ändert. Beispielsweise kann das Dielektrikum außerhalb des Elementes anders sein als Luft oder Vakuum. Außerdem kann das Element selbst Luft oder Vakuum sein.
Der Ausdruck "Linse" soll auch eines oder mehrere Linsenelemente umfassen, die eine Linsengruppe bilden, die als Einzellinsenelement wirkt.
Der Ausdruck "quasi-optisch" bezieht sich auf eine Gauss'sche Strahloptik, bei der die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung nicht notwendigerweise klein genug ist, um Beugungseffekte zu ignorieren, und der Ausdruck "Gauss'sche Strahleinschnürung" bezieht sich auf den wirksamen Fokus eines "quasi-optischen" Strahls.
Das quasi-optische Spiegelelement kann ein Planspiegel sein. Stattdessen kann das quasi-optische Spiegelelement ein dichroitischer Strahlteiler sein. Das dichroitische Element kann ein freistehendes Drahtgitter sein. Stattdessen kann das dichroitische Element aus einer Gruppe metallischer Dipole oder gekreuzter Dipole bestehen, die auf einem dielektrischen Blatt aufgedruckt sind. In jedem dieser Fälle lenkt das dichroitische Element durch Reflexion längere Wellenlängenbänder, z.B. Mikrowellen oder Radar, ab und überträgt kürzere Wellenlängenbänder, z.B. Infrarot und sichtbare Strahlung. Als weitere Alternative kann das dichroitische Element einen Stapel dielektrischer Blätter aufweisen, die so abgestimmt sind, dass eine Ablenkung durch Reflexion kürzerer Wellenlängenbänder und Übertragung längerer Wellenlängenbänder verbessert wird.
Vorteilhafterweise sind erste und zweite Linsen in jeweiligen Strahlrohren angeordnet. Jedes Strahlrohr kann mit einem dielektrischen Material gefüllt sind, und die Linsen werden durch hohle Bereiche definiert, wobei die Interfaces zwischen Dielektrikum und Hohlraum so gestaltet sind, dass Gauss'sche Strahleinschnürungen in dem dielektrischen Material gebildet werden. Der Ausdruck "hohle Bereiche" soll Bereiche umfassen, die Luft oder Vakuum aufweisen.
Vorzugsweise umfasst das Drehgelenk eine Datenverbindung zur Übertragung von Signalen über das Drehgelenk. Die Datenverbindung umfasst ein erstes Element, das auf einer Seite des Drehgelenkes angeordnet ist und ein zweites Element, das auf der anderen Seite des Drehgelenkes liegt. Die Datenverbindung kann eine induktive Verbindung umfassen und das erste und das zweite Element sind jeweils als Spule ausgebildet, die in einem Ring angeordnet sind und eine feste Gegeninduktivität aufweisen. Jeder Ring kann aus Ferrit-Material oder Weicheisen bestehen, und jede Spule ist vorzugsweise in einer Nut angeordnet, die in dem Ring ausgebildet ist. Stattdessen kann die Datenverbindung eine optische Verbindung aufweisen, wobei das erste und das zweite Element jeweils Ringe umfassen, von denen jeder eine nicht versilberte Oberfläche besitzt, die so angeordnet sind, dass sie über dem Drehgelenk einander gegenüberliegen. Bei jedem Ausführungsbeispiel der Datenverbindung können Mittel vorgesehen werden, um elektrische Signale so zu konvertieren, dass sie die geeigneten Eigenschaften zur Übertragung über das Drehgelenk haben.
Es können außerdem Mittel vorgesehen werden, um eine Drehung des Drehgelenkes zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abtastantennensystem vorgesehen, welches die folgenden Teile umfasst:
eine Abtastantenne;
Sendemittel zur Erzeugung von Signalen zur Übertragung durch die Antenne;
Empfängermittel zur Verarbeitung von Signalen, die durch die Antenne empfangen wurden, wobei die Empfängermittel einen Monopulskomparator aufweisen; und
eine Zuführungsanordnung zur Verbindung der Sendemittel und der Empfängermittel mit der Abtastantenne;
dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsanordnung eine Gelenkanordnung mit einem Paar quasi-optischer Drehgelenke gemäß obiger Beschreibung umfasst und dass Mittel vorgesehen sind, um eine zirkular polarisierte Strahlung jedem Drehgelenk zuzuführen.
Der Ausdruck "Zuführung" soll einen reziprokalen Pfad umfassen, um elektromagnetische Strahlung zwischen der Antenne und dem Empfänger oder Sender zu leiten.
Vorzugsweise hat die "Zuführung" die zusätzliche Eigenschaft, dass sie Monopulsinformationen von der Antenne durch den Empfänger wiedergewinnen kann. Durch Anordnung der zwei quasi-optischen Drehgelenke in der Zuführungsanordnung wird eine gelenkige Zuführung geschaffen, die die Möglichkeit schafft, Monopulsinformationen für alle Antennenzielwinkel wiederzugewinnen, um eine Kenntnis des Winkelausschlages eines jeden quasi-optischen Drehgelenkes zu liefern, die die Zuführungsanordnung bilden.
Die Sendemittel und die Empfängermittel sind vorzugsweise bezüglich eines Chassis fixiert, und die Antenne tastet relativ zum Chassis ab.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel führt das eine quasi-optische Drehgelenk eine Höhenabtastung der Antenne durch, während das andere quasi-optische Drehgelenk eine Azimuthabtastung der Antenne bewirkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel bewirkt das eine quasi-optische Drehgelenk eine konische Abtastung der Antenne und das andere quasi-optische Drehgelenk führt eine Abtastung weg von der Ziellinie durch, um den Halbwinkel der konischen Abtastung zu ändern.
Vorzugsweise wird das quasi-optische Drehgelenk, das den Halbwinkel steuert, über ein Gegengewichtskegelrad angetrieben, das seinerseits durch ein Kegelrad angetrieben wird, das koaxial zu dem anderen quasi-optischen Drehgelenk liegt. Hierdurch wird es möglich, den Halbwinkel gemäß dem relativen Winkel zwischen dem koaxialen Kegelrad und dem anderen quasi-optischen Drehgelenk zu steuern.
Das andere quasi-optische Drehgelenk steuert die Rollbewegung der Antenne.
Stattdessen kann das quasi-optische Drehgelenk, das den Halbwinkel steuert, durch eine Druckstangenanordnung angetrieben werden, die am inneren Teil eines Kugellagerlaufringes befestigt ist, während der andere Teil des Kugellagerlaufringes mit dem Antrieb in Verbindung steht. In diesem Fall wird der Halbwinkel durch die translatorische Position des äußeren Teils des Kugellagerlaufringes gesteuert.
Durch Benutzung von zwei quasi-optischen Drehgelenken in Verbindung mit einer Antennenzuführung kann das Antennensystem so ausgebildet werden, dass es ein geringes zylindrisches Volumen besitzt und die Benutzung verfügbarer zylindrischer Aperturen maximiert werden kann.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt. In der Zeichnung zeigen:
1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem quasi-optischen Drehgelenk;
2 veranschaulicht das quasi-optische Drehgelenk gemäß 1 mit weiteren Einzelheiten;
3 ist ein Vektordiagramm, welches die Phasenverschiebung veranschaulicht, die über dem quasi-optischen Drehgelenk gemäß 2 auftritt; und
4 ist eine Schnittansicht eines Antennensystems mit zwei erfindungsgemäß ausgebildeten quasi-optischen Drehgelenken.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Hier ist ein quasi-optisches Drehgelenk 100 dargestellt. Das Drehgelenk 100 weist eine erste quasi-optische Linse 102, einen quasi-optischen Planspiegel 104 und eine zweite quasi-optische Linse 106 auf. Die Linse 102 wird durch die jeweils inneren Teile 116, 118 von Laufringen 108, 110 getragen (wie dies im Einzelnen in 2 dargestellt ist) und die Linse 106 und der Spiegel 104 werden durch den äußeren Teil 122 des Laufringes 118 getragen. Jede Linse 102, 106 ist so angeordnet, dass ihre jeweiligen Achsen 112, 114 senkrecht aufeinander stehen und sich am Spiegel 104 schneiden. Die Linse 106 und der Spiegel 104 bilden einen Aufbau, der sich gegenüber der Linse 102 dreht. Jede Linse 102, 106 kann in einem jeweiligen nicht dargestellten Strahlrohr montiert sein. Außerdem kann jede quasi-optische Linse 102, 106 aus einer quasi-optischen Linsengruppe bestehen, die zwei oder mehrere Elemente aufweist, die als Einzellinse wirken. Der Einfachheit halber wird jede Linse 102, 106 jedoch als einfache quasi-optische Einzellinse beschrieben.
Wie außerdem aus 1 ersichtlich, ist das Drehgelenk 100 mit dem Speisehorn 130 einer Antenne verbunden, das elektromagnetische Strahlung einer weiteren quasi-optischen Linse 132 und einer Viertelwellenlängenplatte 134 zuführt. Das Speisehorn 130, die weitere Linse 132 und die Wellenlängenplatte 134 sind alle gegenüber den äußeren Teilen 120, 122 der Kugellagerlaufringe 108, 110 festgelegt und sie sind daher gegenüber der Linse 102 drehbar. Das Speisehorn 130 liefert einen nahezu quasi-optischen Strahl 136, der auf die weitere Linse 132 einfällt. Die Linse 132 bildet eine Strahleinschnürung 138, die, wie dargestellt, symmetrisch um die Achse 112 verläuft, und die Strahleinschnürung 138 fällt mit der Viertelwellenlängenplatte 134 zusammen.
Die Strahleinschnürung 138 bildet einen Eingang für das Drehgelenk 100 und das Drehgelenk erzeugt einen Ausgang, wie durch die Strahleinschnürung 140 angegeben. Wenn das Drehgelenk 100 genau symmetrisch ist, dann können die Strahleinschnürungen 138, 140 und demgemäß auch Eingang und Ausgang vertauscht werden.
Der vom Speisehorn 130 erzeugte Strahl 136 kann linear polarisiert sein. Die Viertelwellenlängenplatte 134 kann so orientiert werden, dass die Polarisation des Strahls 136 zu einer speziellen zirkularen Polarisation geändert wird, die, wenn sie z.B. in das Drehgelenk 100 eingegeben wird, eine rechtsdrehende oder eine linksdrehende zirkulare Polarisation ist.
Die Strahleinschnürungen 138, 140 sind hypothetisch und werden auf den jeweiligen Konturen 142, 144 konstanter Feldstärke erzeugt, deren Wert einen Neper unter der Feldstärke der jeweiligen Zentren von Eingangs- und Ausgangsstrahlen liegt.
Im Betrieb zeigt die vollständige Anordnung gemäß 1 einen quasi-optischen Strahl 136, der durch Beugung anwächst, bis er auf der Linse 102 auftrifft. Die Linse 102 erzeugt einen Strahl 146 mit einer (der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten) Strahleinschnürung auf dem Spiegel 104. Der Spiegel 104 reflektiert den Strahl 146 um 90°, um einen reflektierten Strahl 148 zu erzeugen, der durch Beugung anwächst, bis er auf die Linse 106 auftrifft. Die Linse 106 erzeugt einen Ausgangsstrahl 150, der eine Strahleinschnürung 140 hat. Da die Linse 106 mit dem Spiegel 104 als Einzelaufbau verbunden ist, wie dies oben beschrieben wurde, dreht der Aufbau die Strahleinschnürung 140 frei mit sich.
Die Viertelwellenlängenplatte 134 kann eine Viertelwellenlängenplatte sein, wie sie in der GB-A-2 345 797 beschrieben ist.
Wenn ein zirkular polarisierter Strahl durch das quasi-optische Drehgelenk 100 hindurchtritt, wird eine Phasenverschiebung erreicht. Wenn der polarisierte Strahl rechtsdrehend zirkular polarisiert ist (RHC) und die Ausbreitung in a + k – Richtung erfolgt, kann der elektrische Feldvektor E ausgedrückt werden als:
dabei sind j und i Einheitsvektoren in y-Richtung bzw. in x-Richtung.

z: ist der Abstand längs des k-Vektors,
E₀: ist die Größe der Feldstärke,
j: ist √–1,
ω: ist die Winkelfrequenz in Radianten pro Sekunde, und
t: ist die Zeit.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass "Re" "den Realteil von" bedeutet.
Das elektrische Feld scheint sich mit der Hochfrequenz im Uhrzeigersinn zu drehen, wenn eine Betrachtung längs der Ausbreitungsrichtung erfolgt.
Es soll eine separate Achsengruppe von Einheitsvektoren U, V und W betrachtet werden, wobei W parallel zu k verläuft, aber U und V im Gegenuhrzeigersinn unter einem Winkel ψ gegenüber i und j verlaufen, wie dies in 3 dargestellt ist. Dann zeigt das Dreieck (OAB), dass i = Ucosψ – Vsinψ (2)und das Dreieck (OCD) zeigt, dass j = Vcosψ + Usinψ (3)
Wenn i und j in der Gleichung (1) unter Benutzung der Gleichungen (2) und (3) ersetzt werden, ergibt sich
Da j × j = –1, wird die Gleichung (4)
Daraus ergibt sich, dass die Gleichung (5) nunmehr die gleiche Form wie die Gleichung (1) hat mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung von ψ.
Für die linksdrehende zirkulare (LHC)-Polarisation
und unter Benutzung der obigen Gleichungen (2) und (3) kann gezeigt werden, dass
Die Gleichung (7) zeigt, dass für eine LHC-Polarisation eine negative Phasenverschiebung von ψ besteht.
Wenn das quasi-optische Drehgelenk 100 mit Radar benutzt wird und wenn der abgehende Übertragungsimpuls RHC-polarisiert ist, dann wird er um +ψ-Grade verschoben, wenn er das Gelenk durchläuft. Es ist klar, dass ψ mit dem Drehwinkel des quasi-optischen Drehgelenkes ansteigt. Wenn der rückkehrende Impuls koplanar ist, d.h. auch RHC-polarisiert ist, dann wird er wieder um ψ verschoben, wenn er das Gelenk 100 durchläuft, aber diesmal wird die Phasenverschiebung negativ, wenn der Impuls in der Gegenrichtung läuft. Dies bedeutet, dass der Gesamteffekt Null wird. Wenn jedoch der rückkehrende Impuls kreuzpolarisiert ist, d.h. wenn er LHC-polarisiert ist, dann wird die Phasenverschiebung bei der Rückkehr +ψ. Der Grund dafür liegt darin, dass die Phasenverschiebung für LHC –ψ wird und sie dann negativ wird, wenn sie in der negativen Richtung verläuft, und diese doppelte Negierung verursacht eine Phasenverschiebung von (–(–ψ)). Daher beträgt die Gesamtphasenverschiebung +2ψ.
Außerdem ist die Übertragungsphasenverschiebung eine Funktion des Drehwinkels des Drehgelenkes. Dies bedeutet, dass die Messung der Phasenverschiebung des rückkehrenden Impulses eine Anzeige des Drehwinkels des quasi-optischen Drehgelenkes liefern kann in Bezug auf feststehende Komponenten, wie z.B. Speisehorn 130, Linse 132 und Viertelwellenlängenplatte 134, wie in 1 dargestellt. Die Polarisationsisolation wird auch auf einem rundum laufenden Trip aufrechterhalten, wenn ein zirkular polarisierter abgehender Impuls als zirkular polarisierter Impuls zurückkehrt, gleichgültig ob mit der gleichen Drehung (koplanar) oder entgegengesetzt (kreuzpolarisiert). Es hat sich außerdem gezeigt, dass der Einsatzverlust von Natur aus unveränderlich gegenüber dem Drehwinkel ist, d.h. der Verlust eines Eingangsimpulses beim Durchlaufen des quasi-optischen Drehgelenkes ist im Wesentlichen gleich, unabhängig vom Drehwinkel, und höhere Ordnungen von Strahlmoden können zur Übertragung durch das Drehgelenk gestützt werden, die im Phasenregister verbleiben, was ermöglicht, dass eine Monopulsinformation über das Drehgelenk übertragen werden kann.
Es ist klar, dass das quasi-optische Drehgelenk, welches in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben wird, für jeden Typ einer geeigneten Strahlung benutzt werden kann, aber die Komponenten, d.h. die Linsen und der Spiegel, die das Gelenk bilden, müssen mit dem Typ der Strahlung kompatibel sein. Wenn beispielsweise eine Mikrowellenstrahlung über das Gelenk übertragen werden soll, müsste der Spiegel eine flache Metalloberfläche aufweisen.
Außerdem kann der in den 1 und 2 dargestellte Spiegel 104 durch eine intregrale dichroitische Strahlteileranordnung ersetzt werden, die eine Speisung einer gemeinsamen Apertur einer multispektralen Primäroptik mit der Antenne ermöglicht. Die dichroitische Anordnung kann aus einem freistehenden Drahtgitter bestehen. Das freistehende Drahtgitter weist einen Rahmen auf, der eine erste Gruppe paralleler Drähte mit regelmäßiger Teilung besitzt, wobei eine zweite gleiche Gruppe in der gleichen Ebene liegt, aber senkrecht hierzu verläuft. Die Normale auf der Ebene der Drähte ist unter 45 Grad gegenüber der einfallenden Strahlungsachse der Ausbreitung geneigt. Ein Hauptteil, im typischen Fall 92%, der einfallenden Millimeterwellenstrahlung wird durch den Strahlteiler um 90 Grad abgelenkt und ein geringerer Teil der Infrarotstrahlung oder des sichtbaren Lichtes wird auf diese Weise abgelenkt. Der Hauptteil, im typischen Fall 85%, der einfallenden Infrarotstrahlung oder der sichtbaren Strahlung durchläuft den Strahlteiler ohne Ablenkung. Der Durchmesser und die Teilung der Drähte sind so gewählt, dass eine Anpassung an die jeweilige Frequenz erfolgt. Wenn die Millimeterwellenstrahlung zirkular polarisiert ist, beispielsweise RHC-polarisiert, dann bewirkt die Reflexion eine Umlagerung in die entgegengesetzte Drehung, d.h. LHC. Die Strahlteileranordnung ermöglicht, mehr als ein Spektralband der Strahlung gleichzeitig zu übertragen, und unterschiedliche Spektralbänder werden aufgespalten und auf verschiedene Verarbeitungsbereiche derart gerichtet, dass die durch jedes Band geführte Information erhalten werden kann. Wenn die Strahlteileranordnung zwischen zwei Linsen liegt, wie in den 1 und 2 dargestellt, dann besteht die Linse, die all die verschiedenen Spektralbänder (und ungeteilte Strahlung) übertragen muss, aus einem geeigneten kompatiblen dielektrischen Material.
Die dichroitische Anordnung kann auch aus einem dielektrischen Blatt bestehen, dessen Dicke auf die Übertragung des höheren Frequenzmodus, beispielsweise Infrarot, abgestimmt ist, wobei darauf Resonanzstrukturen aufgedruckt sind. Die Resonanzstrukturen können beispielsweise aus Dipolen oder gekreuzten Dipolen bestehen.
Die dichroitische Anordnung kann auch aus einem einzigen dielektrischen Blatt oder einem Stapel von unterschiedlichen dielektrischen Blättern bestehen, deren Dicke auf die Ablenkung durch Reflexion des kürzeren Wellenlängenbandes und die Übertragung der längeren Wellenlänge abgestimmt ist. Eine solche Anordnung wäre kompatibel mit einer Millimeterwellen-Antennenzuführung und könnte eine gleichzeitige gemeinsame Aperturoperation bei Millimeterwellen und Infrarot oder sichtbaren Wellenlängen ermöglichen.
Das Ausführungsbeispiel des quasi-optischen Drehgelenkes gemäß 1 und 2 umfasst Linsen 102, 106, die von Luft oder Vakuum umgeben sind. Diese Anordnung kann jedoch durch ein dielektrisches Material ersetzt werden, das das Strahlrohr mit Linsenbereichen füllt, die frei oder mit Luft angefüllt sind. Der Ausdruck "Strahlrohr" bezieht sich auf Bereiche, durch die ein Strahl hindurchtritt. Die Zwischenflächen zwischen Luft und Dielektrikum besitzen dann konvexe Oberflächen gegenüber dem Dielektrikum, welche Strahleinschnürungen in dem dielektrischen Material bewirken. Wie oben erwähnt, bedeutet der Ausdruck "Linse" eine gekrümmte dielektrische Zwischenfläche, wo eine Phasenfrontkrümmung übertragen wird. Dies bedeutet, dass die Dielektrika (Linsen) und die Luft/Vakuumbereiche durch Luft/Vakuum (Linsen) und dielektrische Bereiche ersetzt werden können. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr kompakte Zuführung benutzt werden kann, bei der das Strahlrohr in einem Verhältnis verkleinert werden kann, das sich auf den Brechungsindex des dielektrischen Füllmaterials in Abhängigkeit von dem mit Luft/Vakuum gefüllten Strahlrohr bezieht. Wenn beispielsweise Quarz mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4 als Dielektrikum benutzt wird, dann kann das Strahlrohr um die Hälfte verkleinert werden, da sich die Verkleinerung auf die Quadratwurzel der relativen Dielektrizitätskonstante ε_r des Dielektrikums bezieht.
Außerdem kann eine sehr geringe Randverjüngung gegenüber einem luftgefüllten Strahlrohr der gleichen Größe erreicht werden, und dies ermöglicht eine verminderte Zuführungsblockierung einer Antenne, mit der ein derartiges Gelenk verbunden ist. Es ist für den Fachmann klar, dass der Ausdruck "Randverjüngung" sich auf den Leistungsverlust in der Umhüllung des Gauss'schen Strahles bezieht, und demgemäß hat eine sehr niedrige Randverjüngung einen sehr geringen Leistungsverlust zur Folge. Eine niedrige Zuführungsblockierung ist zweckmäßig, da dann, wenn die Zuführung kleiner ist, ein größerer aktiver Bereich auf dem Primärreflektor verfügbar ist, durch den die Zuführung hindurchtritt. Dies führt zu einer überragenden Strahlqualität. Das mit Dielektrikum gefüllte Drehgelenk hat die gleichen Vorteile wie die mit Luft oder Vakuum gefüllten Drehgelenke.
Es kann eine induktive Übertragungsverbindung vorgesehen sein, um Signale von der einen Seite des quasi-optischen Drehgelenkes nach der anderen Seite zu überführen. Eine derartige Verbindung kann zwei Spulen umfassen, von denen jede in einer Umfangsnut in einem Weicheisenring oder einem Ferritring liegt. Die Ringe sind auf beiden Seiten des Drehgelenkes so angeordnet, dass sie eine feste Trennung aufrechterhalten und demgemäß eine feste gegenseitige Induktivität, jedoch können sie sich ausgerichtet drehen.
Eine derartige Übertragungsverbindung kann Videosignale, Gyroscopsignale, Beschleunigungsmesssignale und Pick-off-Ausgänge übertragen. Die Verbindung kann auch benutzt werden, um eine Wechselstromleistung auf die Kardanelektronik unter Benutzung eines geeigneten Modulators und Demodulators zu übertragen. Auf diese Weise kann die Benutzung von Drahtbrücken vermieden werden, um einen Anschluss an die Kardanelektronik für eine schnelle Winkelführungs-Aktualisierung herzustellen, wenn das Drehgelenk beispielsweise in einem aktiven durch Radar geführten Flugkörper-Suchkopf benutzt wird.
Es ist auch möglich, impulsmodulierte optische Daten über ein quasi-optisches Drehgelenk zu übertragen. Zwei Perspex (registrierte Marke)-Kreisringe quadratischen Querschnitts können benutzt werden, wobei der eine Ring auf der einen Seite des Drehgelenkes angeordnet ist. Jeder Ring ist auf der inneren und äußeren gekrümmten Oberfläche und einer der flachen Oberflächen versilbert. Die unversilberte Oberfläche wird aufgeraut, um ein diffuses Aussehen zu erreichen. Die Ringe werden derart angeordnet, dass die unversilberten Oberflächen aufeinander weisen, aber etwas voneinander getrennt sind. Jeder Ring ist mit einer optischen Faser oder einem anderen Lichtleiter verbunden, so dass optische Signale in einen Ring über die versilberte flache Oberfläche eingeführt werden können und die optischen Signale von dem anderen Ring über seine versilberte flache Oberfläche abgezogen werden können.
Amplitudenmodulierte digitale Daten auf einem optischen Träger können durch einen optischen Detektor, beispielsweise eine Photodiode, unter allen Drehwinkeln des Drehgelenkes mit einer vernünftigen Bitfehlerrate wiedergewonnen werden. Eine derartige optische Datenverbindung kann digitale oder digitalisierte Signale, beispielsweise Videosignale, Gyroscopsignale und Beschleunigungsmesssignale, führen. Die optische Datenverbindung kann auch digitalisierte Pick-off-Ausgänge von der Kardanelektronik unter Benutzung einer geeigneten optischen Quelle mit geeigneter Modulation und Demodulation liefern. Wiederum vermeidet die digitale optische Verbindung die Notwendigkeit für eine Verdrahtung in ähnlicher Weise wie bei der Übertragungsverbindung, die oben beschrieben wurde.
Es ist klar, dass zur Drehung des Drehgelenkes geeignete Antriebsmittel vorgesehen sind, um den Aufbau von Linse 106 und Spiegel 104 anzutreiben, die durch den äußeren Teil 122 relativ zu den inneren Teilen 116, 118 der Lager 108, 110 getragen werden.
Ein quasi-optisches Drehgelenk kann in einem Antennensystem so benutzt werden, dass die Zuführung der Antenne aufrechterhalten bleibt, während sich die Antenne selbst gegenüber der Zuführung dreht. Die Zuführung kann als reziproker Pfad nach oder von der Antenne entweder zum Senden (T_x) oder zum Empfang (R) definiert werden.
Es ist leicht verständlich, dass die Anordnung eines quasi-optischen Drehgelenkes eine Bewegung der Antenne in einer Ebene in der Hauptstrahlrichtung, d.h. entweder im Azimuth oder in der Höhe, ermöglicht. Dies kann in gewissen Fällen adäquat sein, wenn eine Bewegung sowohl im Azimuth als auch in der Höhe erforderlich ist. Stattdessen kann auch eine Bewegung um die Querachse und in θ-Richtung erforderlich sein, wobei θ der Winkel gegenüber der Hauptstrahlrichtung ist, um eine konische Abtastung durchzuführen. In beiden Fällen kann ein Paar quasi-optischer Drehgelenke als gelenkige Zuführung für die Antenne benutzt werden.
4 veranschaulicht ein Antennensystem 200, das eine Bewegung sowohl um die Querachse herum als auch in θ-Richtung ermöglicht. Obgleich das Antennensystem zur Benutzung in einem aktiven radargeführten Flugkörper-Suchkopf beschrieben wird, ist es klar, dass die Benutzung nicht hierauf beschränkt ist und dass das Antennensystem auch andere Anwendungen haben kann.
Das Antennensystem 200 umfasst eine Antenne 202, eine Zuführungsanordnung 204, eine Strahlungsquelle 206, eine Empfängerschaltung 208 und einen polarisierenden Strahlteiler 210. Der Strahlteiler 210 reflektiert die Strahlung von der Strahlungsquelle 206 nach der Zuführungsanordnung 204 und überträgt Strahlung von der Zuführungsanordnung nach der Empfängerschaltung 208.
Die Antenne 202 besteht aus einer Cassegrain-Antenne mit einem Primärreflektor 212 und einem Hilfsreflektor 214. Der Hilfsreflektor 214 ist an den Primärreflektor 212 über einen Träger 216 angeschlossen.
Die Zuführungsanordnung 204 umfasst ein erstes quasi-optisches Drehgelenk 218, das quasi-optische Linsen 220, 222 und einen quasi-optischen Planspiegel 224 aufweist, der hinter der Antenne 202 liegt und Strahlung von der Antenne 202 empfängt und die Strahlung hierauf überträgt. Die quasi-optische Linse 226 überträgt entweder die empfangene Strahlung auf das Drehgelenk 218 (im Empfangsmodus) oder empfängt die auszusendende Strahlung vom Drehgelenk 218 (im Sendemodus). Die Zuführungsanordnung 204 umfasst auch ein zweites quasi-optisches Drehgelenk 228, das eine quasi-optische Linse 230, einen quasi-optischen Spiegel 232 und eine quasi-optische Linsengruppe 234 umfasst. Die Linsengruppe 234 besteht aus drei getrennten Linsenelementen 236, 238, 240, wie in der Zeichnung dargestellt. Es ist klar, dass die Linsen 220, 222 und 230 gemäß einer speziellen Anwendung Linsengruppen sein können. Die beiden Drehgelenke 218, 234 sind miteinander über eine Verbindungselementenkette 242 verbunden, die aus quasi-optischen Planspiegeln 244, 246 und einer quasi-optischen Koppellinse 250 besteht, wie dies dargestellt ist. Es ist klar, dass die Verbindungselementenkette 242 nicht erforderlich sein kann, wenn die Zuführungsanordnung 204 derart ist, dass der Ausgang von einem quasi-optischen Drehgelenk direkt in den Eingang des anderen quasi-optischen Drehgelenkes eingeführt werden kann.
Zwischen dem zweiten Drehgelenk 228 und dem Strahlteiler 210 sind eine Viertelwellenlängenplatte 252 und eine weitere quasi-optische Linse 254 angeordnet. Die Viertelwellenlängenplatte 252 gewährleistet, dass die zirkular polarisierte Strahlung durch die Drehgelenke 218, 228 derart durchtritt, dass die Phasendifferenz wie oben beschrieben bestimmt werden kann.
Die Strahlungsquelle 206 umfasst ein Speisehorn 256 und eine feste quasi-optische Linse 258. Die Empfängerschaltung 208 umfasst eine quasi-optische Linse 260 und einen Kreuzpolarisationsempfänger 262. Beim Sendemodus wird die Strahlung vom Speisehorn 256 nach der Antenne 202 über den Strahlteiler 210, die Linse 254, die Viertelwellenlängenplatte 252, das Drehgelenk 228, die Koppellinse 250, das Drehgelenk 218 und die Linse 226 übertragen. In gleicher Weise wird im Empfangsmodus die an der Antenne 202 empfangene Strahlung auf den Kreuzpolarisationsempfänger 262 über die Linse 226, das Drehgelenk 218, die Koppellinse 250, das Drehgelenk 228, die Viertelwellenlängenplatte 252, die Linse 254, den Strahlteiler 210 und die Linse 260 übertragen.
Das Antennensystem 200 ist, wie dargestellt, auf einer Rollachse 264 eines nicht voll dargestellten Flugkörpers angeordnet, der ein Vorschiffrohr 266 und ein Radom 268 aufweist. Eine Trennwand 270 erstreckt sich über das Vorschiffrohr 266 und trägt Komponenten des Antennensystems 200 zur Drehung. Insbesondere sind ein Stator 272 eines ersten Motors 274 und ein Stator 276 eines zweiten Motors 278 auf der Trennwand 270 montiert. Der Rotor 280 des Motors 274 ist auf einem Kegelrad 282 montiert, so dass eine Erregung des Motors 274 bewirkt, dass sich das Kegelrad relativ zur Trennwand 270 dreht. Der Rotor 284 des Motors 278 ist mit dem Strahlrohr 286 verbunden, in dem die Linsengruppe 234 derart angeordnet ist, dass eine Erregung des Motors 278 bewirkt, dass sich das zweite Drehgelenk 228 relativ zu der Trennwand 270 dreht.
Zwischen dem Strahlrohr 286 und der Trennwand 270 sind Lager 288, 290 angeordnet, um eine relative Drehbewegung des Drehgelenkes 228 zu ermöglichen. In ähnlicher Weise sind Lager 292, 294 zwischen dem Kegelrad 282 und der Trennwand 270 angeordnet, um eine Relativdrehung dazwischen zu ermöglichen. Die Lager 296, 298 sind auch am ersten Drehgelenk 218 angeordnet, um eine Drehung um die θ-Drehachse 300 zu ermöglichen. Ein Quadrantenkegelrad 302 kämmt mit dem Kegelrad 282, um eine Drehung um die Achse 300 zu bewirken.
Im Betrieb wird eine Drehung um die Rollachse 264 erreicht, wenn beide Motoren 274, 278 erregt sind und demgemäß in Kombination arbeiten. Der Motor 278 liefert den Hauptantrieb für die Rollbewegung, wobei der Motor 274 einen Kompensationsantrieb bildet, um die Antenne 202 in der richtigen Orientierung aufrecht zu erhalten. Eine Drehung um die θ-Drehachse 300 wird erreicht, wenn eine Differenz zwischen der Drehzahl des ersten Motors 274 und des zweiten Motors 278 besteht. Dies kann erreicht werden entweder dadurch, dass der zweite Motor 278 nicht erregt wird, während der erste Motor 274 erregt ist oder indem beide Motoren 274, 278 so erregt werden, dass eine Differenz zwischen den Drehzahlen von erstem Motor 274 und zweitem Motor 278 besteht. Es ist klar, dass der erste Motor 274 den Hauptantrieb zur Drehung um die θ-Drehachse 300 bildet.
Der Hilfsreflektorträger 216 besteht aus einem dielektrischen Material, dessen Dicke so gewählt ist, dass Übertragungsverluste vermindert werden.
Quasi-optische Linsen 254, 258 und 260 sind an dem Radom 268 und dem Rohr 266 festgelegt. In gleicher Weise ist der Polarisationsstrahlteiler 210 gegenüber dem Radom 268 und dem Rohr 266 festgelegt. Jedoch drehen sich Linse 220 und Spiegel 224 um die Achse 300, und die Linse 222, der Spiegel 244, die Linse 250, der Spiegel 246, die Linse 230, der Spiegel 232 und die Linsen 236, 238, 240 drehen sich um die Achse 264.
Das Speisehorn 256 kann eine Wellenleiteröffnung (nicht dargestellt) aufweisen, über die ein Sendesignal in die Zuführungsanordnung 204 eintritt, um durch die Antenne 202 übertragen zu werden und über die koplanare Strahlung, die an der Antenne 202 empfangen wurde, zurückkehrt. Wie oben beschrieben, wird kreuzpolarisierte Strahlung durch den Strahlteiler 210 auf die Empfängerschaltung 208 übertragen. Der Kreuzpolarisationsempfänger 262 umfasst eine Mikrostripschaltung, die eine Patch-Antenne, einen Monopulskomparator, Verkleinerungskonversionsmixer und Zwischenfrequenz (IF)-Verstärker enthält. Ein solcher Empfänger ist in der GB-B-2 318 215 beschrieben.
Das Quadrantenkegelrad 302 wirkt, abgesehen davon, dass es mit dem Kegelrad 282 kämmt, um eine Drehung um die θ-Drehachse 300 zu bewirken, auch als Gegenausgleich für die Antenne 202.
Es ist klar, dass die Motoren 274, 278 einen Teil eines Servoantriebsmechanismus bilden, um die Antenne 202 und einen Teil der Zuführungsanordnung 204 zu richten. Dieser Mechnismus bewirkt ein quasi-optisches Drehgelenk 218, das den Konushalbwinkel steuert und durch das Quadrantenkegelrad 302 über das Kegelrad 282 angetrieben wird, das koaxial zu dem anderen quasi-optischen Drehgelenk 234 auf der Rollachse 264 angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Konushalbwinkel durch den relativen Winkel von Kegelrad 282 und Drehgelenk 234 eingestellt.
Der Mechnismus weist eine geringe Massenträgheit und eine hohe Agilität auf, wobei beide Motoren 274, 278 relativ zueinander an der Trennwand 270 abseits das Kardan fixiert sind. Dies vermindert jede Querkopplung zwischen den beiden Motoren.
Stattdessen kann das quasi-optische Drehgelenk 218, das den Konushalbwinkel steuert, durch einen Arm angetrieben werden, der seinerseits durch eine Schubstange angetrieben wird, die an einem nicht dargestellten Gelenk angelenkt ist. Das andere Ende der Schubstange wird über ein Gelenk am Inneren eines Kugellagerlaufringes schwenkbar angelenkt, der koaxial zu dem quasi-optischen Drehgelenk 234 liegt. Der äußere Teil des Kugellagerlaufringes kann in gesteuerter Weise längs der Rollachse 264 mittels Führungsschrauben bewegt werden, die durch einen Zahnriemen oder nicht dargestellte Zahnräder synchronisiert sind. In diesem Fall wird der Konushalbwinkel demgemäß durch die translatorische Stellung des äußeren Lagers gesteuert. Eine derartige Anordnung bewirkt eine Kopplung zwischen den beiden Motoren 274, 278 mit geringem Drehmoment.
Die Benutzung von zwei quasi-optischen Drehgelenken gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Antennensystem gemäß vorstehender Beschreibung hat weiter den Vorteil, dass ein Drehgelenk als gelenkige Zuführung benutzt werden kann und das andere Drehgelenk als Träger für eine Cassegrain-Antenne. Die Drehung eines Drehgelenkes ermöglicht es, dass die Antenne eine konische Abtastung durchführt, während das andere Drehgelenk eine Abtastung weg von der Hauptstrahlrichtung durchführt, um den Halbwinkel des Konus zu verändern. Hierdurch wird die in einer zylindrischen Flugzeugzelle verfügbare Apertur äußerst wirksam, im typischen Fall mit 90%, ausgenutzt, wie durch das Rohr 266 und das Radom 268 angedeutet. Außerdem sind große Schielwinkel verfügbar, die im typischen Fall bis zu 55° weg von der Hauptstrahlrichtung verlaufen, und die Antennengeometrie wird nicht durch die Abtastung des Hilfsreflektors 214 und die Abtastung der Zuführungsanordnung 204 durch den Primärreflektor 212 beeinträchtigt.
Außerdem sind die Drehachsen geeignet zur Vermeidung einer körperlichen Rollbewegung und die Antenne und die Zuführungsanordnung führen einen doppelten zirkular polarisierten Empfang und zwei ebene Monopulssendungen durch.
Wenn jedes quasi-optische Drehgelenk einen dichroitischen Strahlteiler, wie oben erwähnt, anstelle eines Planspiegels aufweist, dann kann ein Multimode-Antennensystem vorgesehen werden, bei dem ein Laserdetektor oder ein Brennebenenfeld (FPA)-Detektor für Infrarotstrahlung oder sichtbare Wellenlängenbänder benutzt werden kann.
Durch Benutzung der Senderverbindung oder der optischen Verbindung, wie oben beschrieben, können sichtbare Detektorausgangssignale, Infrarotdetektorsignale und Pick-off-Signale über ein kontinuierlich drehendes Gelenk in einer kontinuierlichen konischen Abtastung überführt werden.
Das Antennensystem 200 kann, wenn es mit einer geeigneten Mikrowellen- oder Millimetersendequelle mit örtlichen Oszillatorsignalen und einem Sendeempfängerduplexer kombiniert ist, ein Mikrowellenfrontende eines Radarsuchgerätes bilden. Das Suchgerät kann die folgenden Funktionen aufweisen:

i) es sendet zirkular polarisierte Wellen,
ii) es unterstützt beim Empfang eine dual zirkulare Polarisation und konvertiert diese nach unten,
iii) es unterstützt eine Monopulsnachführung einer kreuzpolarisierten Radarrückführung,
iv) es kann ein konisches Volumen um die Ziellinie herum (d.h. die Rollachse) abtasten, wenn jener Konus einen Halbwinkel hat, der größer als 55° ist,
v) die Antennengeometrie ist gegenüber einer solchen Abtastung unveränderlich und ebenso die Strahlqualität in Ausdrücken der Antennenverstärkung und Seitenkeulenpegeln,
vi) es liefert Zwischenfrequenz-Ausgangssignale,
vii) es unterstützt eine Abbildung.

Wenn nur eine Höhen- und Azimuthabtastung erforderlich ist, dann werden zwei quasi-optische Drehgelenke wie oben erwähnt benutzt. Jedoch führt die Drehung des einen Drehgelenkes eine Höhenabtastung der Antenne durch und das andere Drehgelenk führt eine Azimuthabtastung durch. Während hochreichende Winkel immer noch erreichbar sind, sind infolge der Konstruktion, bei der das Drehgelenk, das die Höhenabtastung durchführt, das Drehgelenk trägt, das die Azimuthabtastung bewirkt, nur 45° von der Ziellinie in jeder Richtung erreichbar. Eine klassische Kardanordnung Azimuth über Höhe wird dadurch erreicht, was den Vorteil hat, dass eine körperliche Bewegung in diesen Ebenen ausgeschaltet wird.
Wiederum wird die Antennengeometrie nicht durch die Abtastung beeinträchtigt, da der Hilfsreflektor und die Zuführungsanordnung mit dem Primärreflektor abtasten, und die Antennen- und Zuführungsanordnung unterstützt einen dualen zirkular polarisierten Empfang und zwei ebene Monopulssendungen. Die Abbildung wird außerdem unterstützt, da die Fokalebene unter wenigstens vier Positionen gleichzeitig abgetastet werden kann. Außerdem kann ein Multimode-Antennensystem geschaffen werden, wenn der Planspiegel durch einen dichroitischen Strahlteiler in wenigstens einem Drehgelenk ersetzt wird.
Es ist ein geeigneter Servoantriebsmechanismus vorgesehen, um die Antenne und die Zuführungsanordnung wie oben beschrieben zu richten. Wenn jedoch eine Radialarmanordnung zum Antrieb der Azimuthachse von einem Motor benutzt wird, der auf der Höhenstruktur montiert ist, dann muss der Arm frei von einer festen Struktur sein. Indem der Arm kurz hinter der Antenne angeordnet wird, wird ein größerer Winkelfreiraum geschaffen, aber es wird das Ungleichgewicht der Antenne erhöht, und diese wird nach vorn geschoben. Wenn der Arm hinten angebracht wird, dann beträgt die Winkelbewegung nur 40°, aber es wird dem Ungleichgewicht entgegengewirkt.

Claims

Quasi-optisches Drehgelenk zur Übertragung zirkular polarisierter Strahlung welches die folgenden Teile aufweist: eine erste quasi-optische Linse (102) mit einer ersten Achse (112); ein quasi-optisches Spiegelelement (104), auf dem die erste Linse eine Gauss'sche Strahleinschnürung ausbildet; eine zweite quasi-optische Linse (106) mit einer zweiten Achse, wobei die erste und zweite Achse senkrecht aufeinander stehen und sich auf dem quasi-optischen Spiegelelement schneiden; und Lagermittel (108, 116, 118, 122), welche auf ihrer einen Hälfte einen Aufbau des Spiegels und der zweiten Linse tragen und der Aufbau drehbar gegenüber der ersten Linse ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel auf der anderen Hälfte die erste Linse tragen, die koaxial zur Drehachse der Lagermittel liegt.
Drehgelenk nach Anspruch 1, bei welchem das quasi-optische Spiegelelement aus einem Planspiegel besteht.
Drehgelenk nach Anspruch 1, bei welchem das quasi-optische Spiegelelement aus einem dichroitischen Strahlteiler besteht.
Drehgelenk nach Anspruch 3, bei welchem das dichroitische Element aus einem freistehenden Drahtgitter besteht.
Drehgelenk nach Anspruch 3, bei welchem das dichroitische Element aus einer Gruppe von metallischen Dipolen oder gekreuzten Dipolen besteht, die auf einem dielektrischen Blatt aufgedruckt sind.
Drehgelenk nach Anspruch 3, bei welchem das dichroitische Element einen Stapel dielektrischer Blätter aufweist, die abgestimmt sind, um die Ablenkung durch Reflexion bei kürzeren Wellenlängenbändern und eine Übertragung von längeren Wellenlängenbändern zu verbessern.
Drehgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste und zweite Linse in jeweiligen Strahlrohren angeordnet sind.
Drehgelenk nach Anspruch 7, bei welchem jedes Strahlrohr mit dielektrischem Material angefüllt ist und die Linsen durch Hohlraumbereiche definiert sind, wobei die Interfaces zwischen Dielektrikum und Hohlraum so gestaltet sind, dass Gauss'sche Strahleinschnürungen in dem dielektrischen Material bestehen.
Drehgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter eine Datenverbindung aufweist, um Signale über das Drehgelenk zu übertragen, wobei die Datenverbindung ein erstes Element aufweist, das auf einer Seite des Drehgelenkes angeordnet ist und ein zweites Element, das auf der anderen Seite des Drehgelenkes liegt.
Drehgelenk nach Anspruch 9, bei welchem die Datenverbindung eine induktive Verbindung ist und das erste und zweite Element jeweils aus einer Spule besteht, die jeweils in einem Ring angeordnet sind und die eine feste Gegeninduktivität aufweisen.
Drehgelenk nach Anspruch 9, bei welchem die Datenübertragung eine optische Übertragung ist und das erste und zweite Element jeweils aus transluzenten Ringen besteht, von denen jeder eine nicht versilberte Oberfläche aufweist, die über der Verbindung gegenüberliegend angeordnet sind.
Drehgelenk nach Anspruch 10, bei welchem jeder Ring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt und die nicht versilberte Oberfläche eine flache Oberfläche ist.
Drehgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Schleifen-Phasenverschiebungsvergleich der zirkular polarisierten Strahlung eine Anzeige des Winkels der Drehgelenkdrehung liefert.
Drehgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter Antriebsmittel aufweist, die eine Drehung des Drehgelenkes bewirken.
Abtastantennensystem mit den folgenden Merkmalen: eine Abtastantenne; Sendemittel zur Erzeugung von Signalen zur Übertragung durch die Antenne; Empfängermittel zur Verarbeitung von Signalen, die von der Antenne empfangen wurden, wobei die Empfängermittel einen Monopulskomparator aufweisen; und eine Zuführungsanordnung zur Verbindung der Sendemittel und der Empfängermittel an die Abtastantenne; dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsanordnung eine Gelenkanordnung mit zwei quasi-optischen Drehgelenken nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, und dass Mittel vorgesehen sind, um jedem Drehgelenk eine zirkular polarisierte Strahlung zuzuführen.
Antennensystem nach Anspruch 15, bei welchem ein quasi-optisches Drehgelenk eine Höhenabtastung der Antenne durchführt und das andere quasi-optische Drehgelenk eine Azimuthabtastung der Antenne bewirkt.
Antennensystem nach Anspruch 15, bei welchem ein quasi-optisches Drehgelenk eine konische Abtastung der Antenne durchführt und das andere quasi-optische Drehgelenk eine Abtastung weg von der Ziellinie bewirkt, um den Halbwinkel der konischen Abtastung zu verändern.
Antennensystem nach Anspruch 17, bei welchem das quasi-optische Drehgelenk, das den Halbwinkel steuert, durch ein Gegengewichtskegelrad angetrieben wird, das seinerseits durch ein Kegelrad angetrieben wird, das koaxial zu dem anderen quasi-optischen Drehgelenk liegt.
Antennensystem nach Anspruch 18, bei welchem der Halbwinkel durch den relativen Winkel des koaxialen Kegelrades und des anderen quasi-optischen Drehgelenkes gesteuert wird.
Antennensystem nach den Ansprüchen 18 oder 19, bei welchem das andere quasi-optische Drehgelenk die Rollbewegung der Antenne steuert.
Antennensystem nach Anspruch 17, bei welchem das quasi-optische Drehgelenk, das den Halbwinkel steuert, durch eine Schubstangenanordnung angetrieben wird, die mit einem inneren Teil eines Kugellagerlaufringes verbunden ist, wobei der andere Teil des Kugellagerlaufringes mit den Antriebsmitteln in Verbindung steht.
Antennensystem nach Anspruch 21, bei welchem der Halbwinkel durch die translatorische Lage des äußeren Teils des Kugellagerlaufringes gesteuert wird.