DE636809C - Vorrichtung zum Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen mit in der Umgebungeiner Sende- oder Empfangsvorrichtung angeordneten Reflektoren - Google Patents

Description

Es ist eine bekannte Tatsache aus der Akustik, daß die Wirkung einer Schallquelle wesentlich durch die Mitwirkung eines Resonanzraumes verbessert werden kann und daß ebenso die Wahrnehmbarkeit auftreffender Schallwellen durch Verwendung resonanzfähiger Räume gesteigert wird. Beim Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen hat man bisher von der Verwendung resonanzfähiger Gebilde nur insofern Gebrauch gemacht, als auf gleiche Frequenz abgestimmte Sende- bzw. Empfangskreise mit den dazugehörigen Antennen, also resonanz-• fähige Drahtsysteme, verwendet wurden. Es besteht aber die Möglichkeit, durch Verwendung resonanzfähiger Räume, die von irgendeinem Halb- oder Nichtleiter, am einfachsten von dem übertragenden Medium selbst, erfüllt sind, ähnliche Wirkungen zu erzielen, wie sie in der Akustik bekannt sind. Not-' wendig hierzu ist, diese Räume, die mit dem Außenraum in Verbindung stehen müssen, durch Flächen abzugrenzen, die andere elektrische und magnetische Materialkonstanten besitzen als das eingeschlossene Medium. Zweckmäßig werden diese Flächen mit möglichst großer elektrischer Leitfähigkeit versehen werden.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine Vorrichtung zum Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bei der in der unmittelbaren Umgebung einer elektromagnetische Wellen emittierenden oder ab sorbierenden Apparatur resonanzfähige Räume angebracht werden, die durch Grenzflächen aus geeignetem Material umgeben sind, die aus kompaktem Metall, einem hinreichend dichten Drahtgeflecht oder einer anderen zweckdienlichen Anordnung von Drähten oder allgemein aus einem von dem eingeschlossenen Medium in elektromagnetischer Hinsicht verschiedenen Material bestehen können. Geo-.metrisch müssen diese Flächen so gestaltet sein, daß der von ihnen eingeschlossene Raum elektromagnetische Eigenschwingungen besitzt, die durch eine mit gleicher Frequenz erfolgende elektromagnetische Erregung in Resonanz angeregt werden können. Rechnerisch lassen sich solche Eigenschwingungen durch Integration der Maxwellschen Differentialgleichungen unter Berücksichtigung der an den Grenzflächen geltenden Randbedingungen ermitteln. Experimentell kann die Existenz solcher Eigenschwingungen durch die Ermittlung einer Resonanzkurve nachgewiesen werden, welche die Amplituden der elektromagnetischen Feldgrößen in dem abgegrenzten Raum als Funktion der erregenden Frequenz darstellt. Hierbei ist indessen darauf zu achten, daß für alle Frequenzen die Stärke des Antennenstromes die gleiche sein muß, damit die Maxima der Resonanzkurve, denen Eigenfrequenzen des Resonanzraumes entsprechen, auch wirklich eine reine Funktion der erregenden Frequenz sind und nicht eine Funktion der Stärke des Antennen-

stromes, damit nicht Eigenschwingungen durch die. Variabilität der Stärke des Antennenstromes vorgetäuscht werden. Solche" Variationen "werden durch die Rückwirkungeij der reflektierenden Grenzflächen auf dfe strahlende Antenne, die bei jeder Reflexion . auftreten, hervorgerufen. Die Variationen sind, wie gesagt, um eine unverfälschte Resonanzkurve zu erhalten, zu kompensieren. ίο In diesem physikalischen, in der Theorie der erzwungenen Schwingungen üblichen Sinne ist z. B. der Halbraum, d. h. der einseitig durch eine vollkommen leitende Ebene begrenzte Raum, nicht resonanzfähig. Mit der ig Resonanz eines von Reflektoren begrenzten Raumes ist ferner nicht zu verwechseln die Resonanz, die zwischen den Reflektordrähten der sogenannten inaktiven Antennen und der durch sie reflektierten Strahlung zur Erzieao lung von Richtungen optimaler Reflexion hergestellt zu werden pflegt. Es handelt sich dabei, wie eingangs erwähnt, um eine Resonanz von Drähten bzw. Drahtsystemen.

Durch die Abgrenzung resonanzfähiger Räume unterscheidet sich die Erfindung in charakteristiscner Weise von anderen Erfindungen, bei denen ebenfalls leitende Flächen in der Umgebung einer Sende- oder Empfangseinrichtung angebracht sind, die aber lediglich als Reflektoren wirken und als solche auf die elektromagnetische Strahlung bestimmte Richtwirkungen ausüben sollen. Diese bekannten Einrichtungen beruhen meistens auf den geometrisch-optischen Fokaleigenschäften der Flächen zweiter Ordnung, wie etwa bei den parabolischen und elliptischen Zylinderspiegeln.

Die einfachste geometrische Konfiguration von Grenzflächen, die einen resonanzfähigen Raum einschließen, besteht in einem. Paar paralleler Ebenen, zwischen denen sich ein elektromagnetischer Sender oder Empfänger befindet. Eine solche Anordnung ist in Fig. ι schematisch dargestellt, in der E₁ und E₂ die beiden Grenzebenen, A eine Antenne bedeuten. Werden ZT₁ und E₂ als unbegrenzt und vollkommen leitend angenommen, so ergibt sich Resonanz für das Hertzsche Potential des Strahlungsfeldes, wenn der Abstand der Ebenen ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge des Zwischenmediums beträgt. Bei nicht vollkommener Leitfähigkeit und endlicher Ausdehnung der Ebenen treten entsprechende Änderungen ein. Zweckmäßig kann als Grenzebene E₂ auch die Erdoberfläche verwendet werden, wobei, wenn nötig, zur Erhöhung der Wirkung in der unmittelbaren Umgebung von A ihre Leitfähigkeit durch geeignete Maßnahmen zu vergrößern ist. Ferner ist es zweckmäßig, den Abstand der Ebenen ZT₁ und ZT₂ variierbar zu machen, I damit bei einer Änderung der Frequenz die Vorrichtung nachreguliert werden kann. : Ebenso kann, wie in Fig. 2 dargestellt ist, durch seitliche Anbringung einer oder meh-ι. rerer absorbierender oder reflektierender •^Flächen/⁷ der Aus- bzw. Eintritt der Strahlung in nicht gewünschten Richtungen verhindert werden, wobei im Falle der Anbringung reflektierender Flächen diese noch so gestaltet werden können, daß sie die Strahlung in bestimmten Richtungen konzentrieren. Bemerkenswert an dieser Konfiguration ist ferner, daß durch die Erzeugung einer unendlichen Reihe von Spiegelbildern der Antenne durch ZT₁ und ZT₂ die Wirkung eines unendlich ausgedehnten Antennensystems entsteht. Wesentlich bessere Resonanzwirkungen lassen sich dadurch erzielen, daß eine Antenne in einen zylindrischen Resonanzraum mit polygonalem oder krumm berandetem Querschnitt eingebettet wird. Zwepkmäßig kann die Zylinderfläche C, wie in Fig. 3 dargestellt wird, durch eine weitere reflektierende oder absorbierende Fläche F abgeschlossen oder beiderseits abgeschlossen und längs zweier Erzeugenden geöffnet und mit dem Außenraum in Verbindung gebracht werden, wodurch wieder eine Anordnung wie in Fig. 2 entsteht. Wird C im besonderen als vollkommen leitender Kreiszylinder angenommen, so stehen die Resonanzfrequenzen in einem einfachen Zusammenhang mit den Nullstellen der Besselschen Funktion/₀. Durch geeignete Wahl der Antenne können dabei noch besondere Wirkungen erzielt werden, wie etwa bei de£ in Fig. 4 schematisch dargestellten Anordnung, bei der die als Linearantenne gezeichnete Antenne der Fig. 3 durch eine Platte P ersetzt ist, die in einer ihrer Eigenschwingungen erregt wird.

Ausdrücklich sei betont, daß die Schaffung resonanzfähiger Räume noch auf mannigfache Weise, etwa durch kugelförmige Begrenzung o. dgl., erfolgen kann, daß die Antenne nicht notwendig innerhalb dieser Räume zu liegen braucht und daß alle Arten von Antennen und Antennensystemen Verwendung finden können. Die vorstehend beschriebenen Anordnungen sind demnach nur als spezielle no Beispiele der Erfindung anzusehen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen mit in der Umgebung einer Sende- bzw. Empfangsvorrichtung angeordneten Reflektoren, welche einen mit dem übertragenden Medium in Verbindung stehenden Raum umschließen, der · elektromagnetische Eigenschwingungen besitzt, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß die Reflektoren gegen die Antenne isoliert sind und zwischen einer der Eigenfrequenzen des von ihnen umschlossenen Raumes und der Sende- bzw. Empfangsfrequenz wenigstens angenähert Übereinstimmung besteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender bzw. Empfänger zwischen zwei parallele, ebene, praktisch vollkommen leitende Flächen eingeschlossen ist, deren Abstand ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge beträgt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor als Kreiszylinder ausgebildet ist, in dessen Innern die Antenne angebracht ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere solcher Resonanzräume vorgesehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren verstellbar und regulierbar sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch r, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß absorbierende oder reflektierende Flächen vorgesehen sind, die den Ein- bzw. Austritt der Strahlung in nicht gewünschten Richtungen verhindern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen