DE844177C - Anordnung zur Verringerung der Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen - Google Patents
Anordnung zur Verringerung der Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer WellenInfo
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- DE844177C DE844177C DEP28902A DEP0028902A DE844177C DE 844177 C DE844177 C DE 844177C DE P28902 A DEP28902 A DE P28902A DE P0028902 A DEP0028902 A DE P0028902A DE 844177 C DE844177 C DE 844177C
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- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Verringerung der Phasengeschwindigkeit
elektromagnetischer Wellen und insbesondere auf Beugungssysteme für elektromagnetische Wellen
zur Verwendung in Anordnungen mit gerichteten und nichtgerichteten Antennen.
Bekanntlich sind metallisch-dielektrische Anordnungen
mit in ein festes Dielektrikum eingel >etteten Eisendrähten vorgeschlagen worden, um
ίο kurze (io bis 185 m) elektromagnetische Wellen
gerichtet zu erzeugen. Auch eine Anhäufung von mit ihren linden nach vorn angeordneten passiven
Drähten oder Richtorganen, die in Luft als Dielek- j
trikum in gewissen Abständen voneinander an- j geordnet sind, ist vorgeschlagen worden, um kurze
Funkwellen gerichtet auszustrahlen. Vorgeschlagen wurden auch Verzögerungseinrichtungen oder sog.
Geschwindigkeitsminderer mit festem dielektrischem Beugungssystem der bündelnden und der nichtbündelnden
Art, um die Richtung der Wellenfort- ao pflanzunig zu ändern. Weiterhin sind schnelle oder
metallische Beschleunigungswandler oder sog. Geschwindigkeitssteigerer zum Ändern der Wellenpolarisation,
Linsen zum Sammeln der Wellen und Prismen zum Beugen der Fortpflanzungsrichtung as
benutzt worden, und zwar in Antennenanordnungen für sehr kurze Wellen (1 bis 10 m), ultrakurze
Wellen (10 bis 100 cm) und Mikrowellen (1 bis
ίο cm). Der Brechungskoeffizient einer Verzögerungslinse
ist natürlich'größer als I, während der Brechungskoeffizient der metallischen Beschleunigungslinse
kleiner ist als i.
Im allgemeinen hat eine Verzögerungslinse mit festem Dielektrikum eine große Bandbreite, wenn sie für Frequenzbänder benutzt wird, innerhalb deren die Änderung der Dielektrizitätskonstanten und daher des Brechungskoeffizienten mit der Frequenz null oder aber vernachlässigbar sind. Demgegenüber ist eine Anordnung von Elementen mit nach vorn gerichteten Enden frequenzempfindlich, da die richtenden Drähte nur wenig kürzer sind als eine halbe Arbeitswellenlänge. Auch hat die metallische Beschleunigungslinse eine verhältnismäßig geringe Bandbreite, da der Brechungsindex in erster Linie vom Plattenabstand abhängt, d. h. von der Kanalbreite, gemessen in Wellenlängen, und dieser Plattenabstand ändert sich mit der Freao quenz sehr stark. Die metallische Beschleunigungslinse hat indessen verschiedene Vorteile, die bei dem metallisch-dielektrischen Wellenerzeuger oder bei der Linse mit festem Dielektrikum nicht vorhanden sind. So sind die vorbekannten metallisch-dielekirischen Anordnungen und diejenigen mit festem Dielektrikum verhältnismäßig schwer und umständlich in der Handhabung. Die Wellen, die durch diese Anordnungen hindurchgehen, werden gedämpft, wobei der gesamte Energieverlust beträchtlich ist. Demgegenüber sind die vorher erwähnten schnellen oder metallischen Beschleunigungslinsen von geringem Gewicht und im wesentlichen verlustfrei. Weiterhin ist der Gewinn an Richtwirkung bei der Verzögerungslinse mit festem Dielektrikum verhältnismäßig gering, während der Gewinn an Richtwirkung bei der metallischen Beschleunigungslinse im Vergleich dazu hoch ist. Dementsprechend erscheint es wünschenswert, metallische Wellenwandler zu schaffen mit Einschluß von Polarisatoren, Prismen und Linsen, die die guten Eigenschaften besitzen, andererseits aber frei von den Nachteilen sind, die den besprochenen vorbekannten Ausführungsformen anhaften. Insbesondere erscheint es wünschenswert, eine verlustlose, polarisierte oder anisotrope, leichte metallische Linse mit großer Bandbreite zu schaffen.
Im allgemeinen hat eine Verzögerungslinse mit festem Dielektrikum eine große Bandbreite, wenn sie für Frequenzbänder benutzt wird, innerhalb deren die Änderung der Dielektrizitätskonstanten und daher des Brechungskoeffizienten mit der Frequenz null oder aber vernachlässigbar sind. Demgegenüber ist eine Anordnung von Elementen mit nach vorn gerichteten Enden frequenzempfindlich, da die richtenden Drähte nur wenig kürzer sind als eine halbe Arbeitswellenlänge. Auch hat die metallische Beschleunigungslinse eine verhältnismäßig geringe Bandbreite, da der Brechungsindex in erster Linie vom Plattenabstand abhängt, d. h. von der Kanalbreite, gemessen in Wellenlängen, und dieser Plattenabstand ändert sich mit der Freao quenz sehr stark. Die metallische Beschleunigungslinse hat indessen verschiedene Vorteile, die bei dem metallisch-dielektrischen Wellenerzeuger oder bei der Linse mit festem Dielektrikum nicht vorhanden sind. So sind die vorbekannten metallisch-dielekirischen Anordnungen und diejenigen mit festem Dielektrikum verhältnismäßig schwer und umständlich in der Handhabung. Die Wellen, die durch diese Anordnungen hindurchgehen, werden gedämpft, wobei der gesamte Energieverlust beträchtlich ist. Demgegenüber sind die vorher erwähnten schnellen oder metallischen Beschleunigungslinsen von geringem Gewicht und im wesentlichen verlustfrei. Weiterhin ist der Gewinn an Richtwirkung bei der Verzögerungslinse mit festem Dielektrikum verhältnismäßig gering, während der Gewinn an Richtwirkung bei der metallischen Beschleunigungslinse im Vergleich dazu hoch ist. Dementsprechend erscheint es wünschenswert, metallische Wellenwandler zu schaffen mit Einschluß von Polarisatoren, Prismen und Linsen, die die guten Eigenschaften besitzen, andererseits aber frei von den Nachteilen sind, die den besprochenen vorbekannten Ausführungsformen anhaften. Insbesondere erscheint es wünschenswert, eine verlustlose, polarisierte oder anisotrope, leichte metallische Linse mit großer Bandbreite zu schaffen.
Es ist allgemeines Ziel der Erfindung, sehr kurze, ultrakurze und Mikrowellen auf eine wirksame und
im wesentlichen verlustlose Weise zu verzögern. Ein spezielles Ziel der Erfindung ist es, einzelne
charakteristische Merkmale einer elektromagnetischen Welle zu ändern, wie z. B. die Richtung
oder die Art der Polarisation, die Fortpflanzungsrichtung oder die Phasengeschwindigkeit,
und zwar in wirksamerer und besser befriedigender Art, als es bisher erzielt wurde, sowie ferner mit
oder ohne bündelnde Wirkung und mit vernachlässigbaren Verlusten elektromagnetische Wellen
innerhalb eines sehr breiten Bandes von Wellenlängen zu brechen.
Ein anderes spezielles Ziel der Erfindung ist es, in einem Wellenwandler, wie einer Linse oder
einem Prisma, Reflexionsverluste in einfacherer und mehr befriedigender Weise auszuschließen, als
es bisher erzielt wurde.
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung ist es, in einem metallischen Beugungssystem eine wirksame,
dielektrische Konstante zu erhalten, die größer ist als 1 und im wesentlichen unabhängig
von der Permeabilität der metallischen Elemente ist und ein polarisiertes Beugungssystem mit
breitem Frequenzband zu schaffen, das, verglichen mit den für ein breites Band geeigneten polarisierten
Anordnungen, wie sie bisher benutzt wurden, leichter, einfacher und billiger ist.
Die polarisierte Verzögerungsanordnung nach der Erfindung enthält ein dielektrisches Medium, wie
z. B. Luft oder Polystyrenschaum, und eine zu einer Gruppe angeordnete große Zahl leitender Glieder
aus langen, dünnen, gleichförmigen und parallelen Streifen, die derart bemessen sind und solchen Abstand
voneinander haben, daß die in Richtung der Breitenausdehnung der Streifen elektrisch polarisierte
Wellenkomponente die jeweils gewünschte Verringerung der Phasengeschwindigkeit erfährt.
Die Glieder sind innerhalb des Mediums in Abstand voneinander angeprdnet, und zwar längs der senkrechten
F-Richtung und der in Fortpflanzungsrichtung der Welle verlaufenden Z-Richtung. Die
linearen Glieder können massiv streifenförmig sein, d.h. jedes Glied hat dann eine zusammenhängende
einheitliche Oberfläche und ist beispielsweise aus einem Metallbogen hergestellt, der eine Dicke von
0,0127 cm besitzt. Die Breite eines jeden Streifens und der Abstand der Streifen von Mittelpunkt zu
Mittelpunkt in Richtung der Y- und der Z-Dimension sind tunlichst beide wesentlich kleiner als die
Hälfte der kleinsten Wellenlänge innerhalb des zu übertragenden Frequenzbandes, und zwar beträgt
die Breite vorzugsweise ein Viertel dieser Wellenlänge oder weniger.
Die dielektrische Konstante des Mediums besitzt den Wert 1, und die effektive dielektrische Konstante
der leitenden Gruppe ist für den angenommenen vertikalen £-Vektor größer als 1. Wie hier dargelegt,
ist die effektive dielektrische Konstante der Anordnung eine Funktion der elektrischen Polarisationsfähigkeit
eines der Einzelglieder sowie auch der Anzahl der Glieder, die auf eine Einheitsfläche
verteilt sind, gemessen in der F-Z-Ebeiie der
ruppe. Folglich ist der Brechungskoeffizient der uruppe größer als 1, und die Gruppe oder Anordnung
arbeitet in der Weise, daß sie die Phaseneschwindigkeit einer Welle oder Wellenkomponente,
die durch die Gruppe hindurchläuft und die die angenommene senkrechte Ε-Polarisation besitzt,
herabsetzt. Ein waagerechter £-Vektor wird durch die waagerechten Streifen und die abschneidenden
öffnungen zwischen den l>enachbarten Streifen vollständig
reflektiert. Dementsprechend werden nur solche Wellen verzögert, die die vorausgesetzte
£-Polarisation besitzen, und die Anordnung ist, wie vorstehend ausgeführt, polarisiert. Nach einer
Weiterbildung der Erfindung werden auch Reflexionsverluste, wenn solche überhaupt auftreten,
wie sie durch Reflexion des senkrechten E-Vektors
an der rückwärtigen und an der vorderen Fläche der Gruppe entstehen, im wesentlichen dadurch ausgeschaltet,
daß die untere Hälfte der Gruppe gegenüber der oberen Hälfte um ein Viertel der Wellenlänge
in Richtung der Fortpflanzung verschoben ist. Die Umrisse der vorderen und der rückwärtigen
Fläche der Gruppe oder der Anordnung, die aus dieser Gruppe und dem Medium besteht, sind so
l>eschaffen, daß die Gruppe oder die ganze An-Ordnung
ein Beugungssystem der bündelnden oder der nichtbündelnden Art darstellt. Bei einer Ausführungsform
ist die Anordnung so gestaltet, daß sie eine planhyperbolische Linse darstellt. Bei
einer anderen Ausführungsform hat die Anordnung die Form eines Prismas.
Die linearen waagerechten Glieder, die vorstehend erwähnt wurden, können auch an Stelle der Form
von Streifen die Form von Gittern besitzen, d. h. jedes Glied kann aus senkrechten Elementen oder
Drähten bestehen, die, gemessen in waagerechter Richtung, weniger als eine halbe Wellenlänge voneinander
entfernt sind und deren Länge gleich der Breite der Glieder ist. Nimmt man an, daß solche
gitterförmigen Glieder benutzt werden, so treten die senkrechten .Ε-Vektoren durch die Gruppe so hindurch,
wie vorstehend erläutert, da das gitterförmige Glied für diese Orientierung der Ε-Polarisation
wie ein streifenförmiges Glied wirkt, und die Phasengeschwindigkeit wird herabgesetzt. Waagerechte
£-Vektoren jedoch werden nicht reflektiert, sondern gehen durch die waagerechten gitterförmigen
Glieder sowie durch die öffnungen zwischen benachbarten gitterförmigen Gliedern
ohne Änderung der Phasengeschwindigkeit hindurch. Wie bei der Gruppe mit streifenförmigen
Gliedern, so ist auch die Gruppe mit gitterförmigen Gliedern bei der einen der Ausführungsformen so
gestaltet, daß sie eine plankonvexe Linse bildet, und bei einer anderen Ausführungsform so, daß sie
ein Prisma bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform schließlich hat die Gruppe eine konstante
kritische Tiefe oder Z-Dimension. Unter der Annahme, daß der £-Vektor schräg liegt, stellt diese
Gruppe eine Anordnung dar, die dazu dient, die Polarisation umzubilden oder zu drehen.
Es sei auch hinzugefügt, daß die dünnen linearen Streifen oder gitterförmigen Glieder das magnetische
Feld oder //-Feld der ankommenden Welle nicht stören. Dementsprechend wird die effektive
dielektrische Konstante der Anordnung durch die //-Vektoren nicht schädlich beeinflußt.
Ausführungsformen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung genauer erläutert, und
zwar in Verbindung mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen Elemente gleicher Bedeutung
!«zeichnen.
Fig. 1 stellt eine räumliche Ansicht einer Anordnung zum Andern der Phasengeschwindigkeit dar,
die nach der Erfindung aufgebaut ist und lineare streifenförmige Glieder enthält, während das Diagramm
nach
Fig. 2 dazu dient, Fig. 1 zu erläutern;
!«"ig. 3 ist eine räumliche Ansicht eines anderen
Phasengeschwindigkeitswandlers nach der Erfindung mit linearen gitterförmigen Gliedern, während
das Diagramm nach
Fig. 4 wieder zur Erklärung der Fig. 3 dient;
Fig. 5 ist eine räumliche Ansicht einer Anordnung zum Drehen oder Umbilden der Polarisation mit mehreren Lagen, und
Fig. 5 ist eine räumliche Ansicht einer Anordnung zum Drehen oder Umbilden der Polarisation mit mehreren Lagen, und
Fig. 6 ist eine räumliche Teilansicht einer der Lagen der Anordnung nach Fig. 5;
Fig. 7 und 8 bringen eine räumliche und eine Endansicht eines Streifenprismas nach der Erfindung;
Fig. 9 und 10 sind eine Vorder- und eine Endansicht
eines Gitterprismas nach der Erfindung;
Fig. 11 ist eine räumliche Darstellung einer Antennenanordnung
für ein liniehförmiges Bündel, die eine plankonvexe, kreissymmetrische Streifenlinse
nach einer Ausführungsform der Erfindung enthält, während
Fig. 12, 13 und 14 die Darstellung eines Schnittes
durch die Spitze, eine Seiten- und eine Vorderansicht der Linse aus der Anordnung nach Fig. 11
bringen;
Fig. 15 und 16 sind Diagramme, die zur Erläuterung
der Form oder des Umrisses der Linse nach Fig. 11 benötigt werden;
Fig. 17 bringt einen Satz von Kurven, die die
Richtwirkungscharakteristiken der Anordnung nach Fig. 11 in Beziehung zur Bandbreite bringen;
Fig. 18 gibt ein räumliches Bild einer Antennenanordnung
mit fächerförmigem Bündel, die eine plankonvexe, zylindersymmetrische Streifenlinse
enthält;
Fig. 19 ist eine räumliche Ansicht einer Antennenanordnung
mit Bündel von punktförmigem Querschnitt, die eine andere plankonvexe, kreissymmetrische
Streifenlinse nach der Erfindung enthält, während
Fig. 20 eine Vorder- oder Rückansicht der Linse nach Fig. 19 darstellt;
Fig. 21 ist im Schnitt eine Seitenansicht einer Antennenanordnung mit Bündel von punktförmigem
Querschnitt, die eine plankonvexe, kreissymmetrische Gitterlinse nach einer Ausführungsform der
Erfindung enthält, während
Fig. 22 und 23 eine Vorderansicht bzw. eine auseinandergezogene räumliche Ansicht der Linse nach
Fig. 2r darstellen; no
Fig. 24 ist eine räumliche Ansicht einer Antennenanordnung mit punktförmigem Bündelquerschnitt.
Sie enthält ein pyramidenförmiges Horn, das mit einer abgestuften, plankonvexen, kreissymmetrischen
Streifenlinse nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
Fig. 25, 26, 27, 28, 29 und 30 sind eine räumliche Ansicht, eine Vorderansicht, eine senkrechte
Ansicht im Schnitt, eine schräge Ansicht im Schnitt, eine Ansicht von oben und eine Teilansicht vom Χ20
Ende, und zwar alles von der abgestuften Linse der Anordnung nach Fig. 24;
Fig. 31 und 32 sind Strahlungsdiagramme der
Linse nach Fig. 24, die einmal nach Fortnahme der Seiten oder Schirme des Hornes aufgenommen
wurden und einmal unter Belassung dieser Seiten;
Fig. 33 und 34 veranschaulichen die Richtwirkungscharakteristik
in Abhängigkeit von der Bandbreite, während ·.
Fig. 35 die Reflexionsfrequenzcharakteristik der
Anordnung nach Fig. 24 erläutert.
In Fig. ι bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Anordnung
zum Verzögern der Wellen, die ein dielektrisches Medium 2, wie z. B. Luft, sowie neun
lineare, leitende, streifenförmige Glieder 3, wie beispielsweise Metallstreifen, enthält, die in Abstand
voneinander, gemessen in der Y- und Z-Dimension des angenommenen Volumens X, Y, Z des Mediums,
angeordnet sind. Die neun streifenförmigen Glieder 3 bilden eine Gruppe oder metallische Anord-
»5 nung 4 oder ein sog. künstliches Dielektrikum, das,
wie nachstehend genauer erläutert werden soll, in der Weise arbeitet, daß es die Phasengeschwindigkeit
elektromagnetischer Wellen verringert. Bezugszahlen 5 und 6 bezeichnen Pfeile, die die elektrische
Polarisation E und die Fortpflanzungsrichtung der ankommenden Welle angeben.
Bezugszahlen 7 und 8 bezeichnen die Ebene der ankommenden Wellenfront und die senkrechte Ebene
der Wellenfortpflanzung. Die Breite W der Streifen 9, parallel zum .E-Vektor 5, ist klein im Verhältnis
zur Hälfte der kürzesten benutzten Wellenlänge, wie beispielsweise ein Viertel dieser Wellenlänge,
um Resonanzerscheimingen zu vermeiden, die sonst auftreten können, wenn die Breite in der
Größenordnung einer halben Wellenlänge liegt. Die Abstände von Mitte zu Mitte Sy und S2 längs der
Y- und Z-Dimension sind beide kleiner als eine Wellenlänge, und zwar vorzugsweise kleiner als
eine halbe Wellenlänge. Wie noch darzulegen ist, hängen diese Abstände von der gewählten Anzahl N
der Streifen pro Flächeneinheit ab, bezogen auf den Querschnitt der Gruppe, d. h. von der Anzahl
der Streifen pro Flächeneinheit, wenn man die Anordnung in der F-Z-Ebene durchschneidet. Die Abstände
zwischen benachbarten Streifen, die in ihrer Wirkung elektrische Dipole darstellen, soll größer
sein als der sog. Durchbruchswert, oder, mit anderen
Worten, groß genug, um Kurzschlüsse der Streifen zu verhindern. Die neun Streifen sind in
drei senkrechten Feldern 9, 10 und 11 angeordnet,
von denen jedes drei Streifen enthält, oder, anders betrachtet, sie sind in drei waagerechten Lagen 12,
13 und 14 angeordnet. Wie aus der Zeichnung klar hervorgeht, liegen die in den drei senkrechten
Feldern einander entsprechenden Streifen waagerecht je in einer Ebene. Die Bezugszahlen 15 und 16
bezeichnen die Vorder- und die Rückseite der Anordnung i.
ν Nimmt man nun an, daß ein elektrisches Feld E
mit einer Polarisation 5 und einer Fortpflanzungsrichtung 6 der Anordnung 4 aufgedrückt wird, so
erzeugt dieses Feld eine Neuverteilung der Ladungen auf den leitenden Streifen 3. Jeder Streifen
besteht hinsichtlich seiner Wirkung aus einer unendlichen Anzahl von senkrechten linearen Elementen
17 von unendlich geringer Dicke, und das aufgedrückte Feld bewirkt, daß diese Elemente sich
wie kleine elektrische Dipole verhalten. Jeder von diesen Dipolen besitzt ein gewisses elektrisches
Dipolmoment, das in Beziehung zu dem aufgedrückten elektrischen Vektor 5 und der elektrischen
Polarisationsfähigkeit des Elementes und damit des Streifens steht, und zwar durch die Gleichung
M = aE.
(i)
Darin bedeutet M das elektrische Moment des Dipoles, α die Polarisationsfähigkeit des einzelnen
Streifens 3 und E den aufgedrückten elektrischen Vektor.
Nimmt man an, daß pro Flächeneinheit ΛΓ Streifen
3 vorhanden sind, betrachtet in der F-Z-Ebene des dielektrischen Mediums, dann ist
P = NaE.
(2)
Hierin bedeutet P die gesamte Polarisation aller Streifen 3, d. h. der ganzen Anordnung 4, die in
das dielektrische Medium 2 eingelotet ist. Es ist nun aber
(3)
V | "" λ' | |
η — | V | |
ε | — f r , | |
η'2 — | ||
f« | Na | |
ο | ||
M2 = | ι - | κ.. |
(4)
(5)
Darin ist η der Brechungskoeffizient der Gruppe 4,
ε die effektive dielektrische Konstante der Gruppe 4, s0 die dielektrische Konstante des freien Raumes,
εΓ die relative dielektrische Konstante, ν die Phasengeschwindigkeit
der Wellen innerhalb der Gruppe 4, V0 die Phasengeschwindigkeit der Wellen im freien
Raum, λ die Wellenlänge innerhalb der Gruppe 4 und X0 die Wellenlänge im freien Raum.
Wenn die elektrische Polarisationsfähigkeit am
des einzelnen Streifengliedes 3 bekannt ist, so kann also der Brechungsindex η der Gruppe 4 ermittelt
werden. Da die dielektrische Konstante der Luft 2 gleich ι ist, so ist der Brechungsindex der ganzen
Anordnung 1 im wesentlichen der gleiche wie derjenige der Gruppe 4. Wie unten gezeigt, ist die
Polarisationsfähigkeit des Streifens direkt proportional dem Quadrat der Streifenbreite W. Auch ist,
wie unten gezeigt, die elektrische Polarisations- no fähigkeit des Streifens 3 positiv, so daß sich aus
Gleichung (5) ergibt
η > ι,
(6)
daß also der Brechungsindex der Gruppe 4 oder der Anordnung 1 größer als 1 ist. Folglich sind V0 und
A0 größer als ν und λ, und die Gruppe 1 stellt einen
metallischen Verzögerungswellenwandler dar, der dazu dient, die Phasengeschwindigkeit von Wellen
mit der ^-Polarisation 5 zu verringern.
Unter einem anderen Gesichtspunkt betrachtet, können die Streifen oder, genauer, die unendlich
kleinen Abschnitte 17 als kapazitative Leiter mit
freien Raumladungen angesehen werden. In ähnlicher Weise wirken Parallelkapazitäten längs eines
Ubertragungsweges so, daß sie die Wellengeschwin-
digkeit herabsetzen. Um in diesem Vergleich fortzufahren, kann im Fall eines geladenen Luftkondensators
mit parallelen Platten die Kapazität dadurch vergrößert werden, daß zwischen die Platten entweder
festes dielektrisches Material oder isolierte Leiter eingeschoben werden, vorausgesetzt, daß
diese Elemente eine merkbare Längenausdehnung in Richtung der elektrostatischen Kraftlinien besitzen,
d. h. in der Richtung senkrecht zu den Platten.
ίο Angenommen, es wird ein festes Dielektrikum dazwischengeschoben,
so wird die Erhöhung der Kapazität durch die Verschiebung hervorgerufen, die durch das aufgedrückte Feld in den entgegengesetzt
geladenen molekularen Teilchen des festen Materials bewirkt wird. Wird angenommen, daß leitende
Streifen 3 zwischen die Platten eingefügt werden, deren Breite W sich in Richtung senkrecht zu den
Platten erstreckt, so bewirken die Streifen 3 oder die Abschnitte 17 eine Neuordnung der Kraftlinien
ao und dementsprechend eine Zunahme ihrer Zahl,
ähnlich der Neuordnung, die, wie vorstehend erwähnt, durch die Verschiebung der entgegengesetzt
geladenen Teilchen verursacht wird. Infolgedessen können die Streifen 3 oder Abschnitte 17 nach
Fig. ι als Abschnitte einzelner Kondensatoren betrachtet werden oder aber als Teile, die unter der
Wirkung des aufgedrückten Feldes als elektrische Dipole wirken und eine dielektrische Polarisation
hervorrufen, vergleichbar derjenigen, die sich aus der Neuordnung der geladenen Teilchen eines nichtpolaren Dielektrikums ergibt. Sowohl die Theorie
der Polarisationsfähigkeit als auch die der kapazitiven Ladung erklären zur Genüge die Verschiebungscharakteristik
des metallischen Wellenwandlers nadh Fig. 1 und des metallischen Verzögerungsprismas sowie der metallischen Verzögerungslinse.
Die elektrische Polarisationsfähigkeit des Streifens 3 bestimmt sich nach Gleichung (15) auf S. 97
des Buches »Static and Dynamic Electricity« von S my the, 1939, McGraw-Hill Book Company,
London. Sie lautet:
η e0W*
(7)
Setzt man Gleichung (7) in Gleichung (5) ein, so
ergibt sich für den Brechungsindex η der Gruppe 4
(8)
Es ist aus Gleichungen (7) und (8) ersichtlich, daß die elektrische Polarisationsfähigkeit <z und der
Brechungsindex η beide dem Quadrat der Streifenbreite W direkt entsprechen. Der Brechungsindex η
entspricht außerdem direkt der Anzahl N der Streifen pro Flächeneinheit in der F-Z-Ebene. Die
Zahl N hängt von dem senkrechten Mittelpunktabstand Sy ab sowie dem waagerechten Mittelpunktabstand
Sz der Streifen. Diese Abstände können je nach Wunsch einander gleich oder verschieden
sein. Mit dem gewünschten Index η und infolgedessen mit der gewünschten Änderung der Phasengeschwindigkeit
vo-v, die gewählt werden, sowie dem vorgegebenen Wert W können die Zahl N der
Streifen und infolgedessen die Abstände Sy und S2
bestimmt werden. Werden umgekehrt W und N gewählt, so kann der theoretische Wert des Brechungsindex,
beispielsweise 1,36, bestimmt werden.
Gleichungen (5) und (8) gehen von der Annahme aus, daß die Streifenbreite W klein ist im Verhältnis
zu einer halben Wellenlänge und daß die Abstände Sy und Sz zwischen den Streifen genügend groß
sind, um merkbare gegenseitige Kopplungen zu vermeiden. Zur Erzielung günstiger Wirkung sollte W,
wie oben festgestellt, kleiner sein als ein Viertel der Wellenlänge.
Bisher ist nur das elektrische Feld E der ankommenden
Welle betrachtet worden. Das magnetische Feld H der Welle kann außer acht gelassen werden.
Das bedeutet, die relative Permeabilität μτ der
Gruppe kann gleich 1 angenommen werden, d. h. zu dem gleichen Wert wie für Luft, und zwar insofern,
als die Streifen 3 eine vernachlässigbar geringe Dicke oder Z-Dimension besitzen. Im Hinblick auf
die vernachlässigbare Dicke der Streifen werden durch das gedämpfte magnetische Feld H Wirbelströme
auf den Streifen nicht erzeugt, und infolgedessen wird das magnetische Feld H auch nicht gestört.
Deshalb beeinflußt es auch nicht den Brechungsindex.
Wenn an Stelle des Luftmediiums 2 als Medium
wie auch zum Füllen eine Substanz benutzt wird, deren dielektrische Konstante em nennenswert verschieden
ist von I1 wie !beispielsweise Hartgummi,
so kann die effektive dielektrische Konstante ec der
abgewandelten Anordnung 1 aus folgender Gleichung bestimmt werden:
log ec = ks log ε + km log e„
(9)
Darin bedeuten ks und km in Prozent die Volumanteile,
die durch die leitenden Streifen und durch das Medium pro Volumeinheit der Anordnung eingenommen
werden. Setzt man in Gleichung (4) für ε den Wert ec ein, wie er sich aus Gleichung (9) ergibt,
so kann der Brechungsindex der abgewandelten Ausführung bestimmt werden.
Im Betriebszustand, laufen bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 die Wellen mit einer Ε-Polarisation
5 und einer Foftpflanzungsrichtung 6 durch die
Anordnung 1 hindurch, und es wird, wie vorher dargelegt, die Phasengeschwindigkeit der Wellen
hierbei von dem Wert ^0 auf den Wert ν herabgesetzt.
Da die Streifenabmessung W in der Richtung parallel zum elektrischen Vektor klein ist im
Vergleich zu einer halben Wellenlänge, ist der E-Vektor nicht kurzgeschlossen, und die Reflexion "5
des E-Vektors 5 kann vernachlässigt werden. Nach einer verständlichen Theorie teilen die in vertikaler
Richtung einen gewissen Abstand besitzenden waagerechten Streifen 3 in jedem senkrechten Feld
praktisch den E-Vektor in gleichlinige Komponenten und zwingen diese Komponenten, durch die Öffnungen
18 zwischen den benachbarten Streifen hin^
durchzutreten. Die gegebenenfalls vorhandene horizontale Komponente des elektrischen Vektors der
ankommenden Welle wird zum Teil durch die Strei- i»5
fen 3 reflektiert und zum Teil durch die abschnei-
denden Zwischenräume ο des dielektrischen Leiters
zwischen den benachbarten Streifen, wobei der Abstand α oder die Breite der öffnungen 18 weniger
als eine halbe Wellenlänge beträgt. Unter der Annähme, daß die Welle in Fig. ι einen schrägen
E-Vektor 19 besitzt," wird die waagerechte £-Komponente
20 durch die Streifen 3 und die öffnungen 18 reflektiert, wie in Fig. 2 durch die gestrichelten
Pfeile 22 gezeigt, und die senkrechte E-Komponente 21 geht durch die Anordnung hindurch, wie in
Fig. 2 durch die strichpunktierten Pfeile 23 artgedeutet, und sie wird verzögert, wie oben erläutert
wurde. Somit ist die Gruppe 4 oder die Anordnung ι also polarisiert.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 24 einen Wellenwandler mit Luft als dielektrischem Medium
2 und einer darin angeordneten metallischen Gruppe 25. Die Gruppe 25 ist die gleiche wie die
Gruppe 4 in Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die neun linearen leitenden Glieder 26 anstatt Streifenform
Gitterform besitzen. Jedes waagerechte Gitter enthält eine große Anzahl senkrechter Elemente 27,
und zwar Drähte oder Stäbe, die voneinander einen Abstand Sr besitzen, der kleiner ist als die Hälfte
der kleinsten in Frage kommenden Wellenlänge, und von denen jeder eine Länge gleich der Breite W
der Glieder 26 besitzt. Wie bei der Gruppe 4 in Fig. ι sind die Mittelpunktabstände Sy und Sz in
Richtung der Y- und der Z-Dimension der Glieder 26 beide kleiner als die kleinste Wellenlänge, und
zwar vorzugsweise kleiner als die Hälfte dieser Wellenlänge. In dieser Anordnung 4 sind die neun
linearen Glieder 26 in drei senkrechten Feldern 9, 10 und 11 angeordnet, von denen jedes drei Gitter
enthält, oder anders betrachtet, * sie sind in drei waagerechten Lage» 12, 13 und 14 angeordnet. Die
einander entsprechenden Gitter der drei Felder liegen in waagerechter Richtung ausgerichtet. Die
elektrische Polarisationsfähigkeit α des gitterförmigen
Gliedes 26 in Fig. 3 ist die gleiche wie die des Streifens 3 in Fig. 1. Wenn iV und damit S3, und S1
gewählt und W gegeben sind, so kann der Brechungsindex η der Gruppe 25 oder des Wellenwandlers
24, der größer ist als 1,. bestimmt werden. Nimmt man an, daß der Wellenwandler als Anordnung
zur zirkulären Umformung der Polarisation benutzt werden soll, so ist die Z-Dimension oder
Dicke des Wandlers, gemessen in Wellenlängen innerhalb der Gruppe, um ein Viertel der Wellenlänge
oder um ein ungerades Vielfaches davon größer als die gleiche Didke Z, gemessen im freien
Raum. Soll die Anordnung dazu dienen, die Polarisation um 900 zu drehen, so ist die Dicke Z, gemessen
in Wellenlängen innerhalb der Gruppe, um eine halbe Wellenlänge oder um ein Vielfaches
davon größer als die gleiche Dicke, gemessen in Luft.
Es sei die Anordnung nach Fig. 3 nun im Betriebszustand betrachtet, und es werde ein schräger
E-Vektor 19 angenommen, der gegenüber den Stäben
um 45°' geneigt ist, der weiterhin die geeignete
Wellenlänge besitzt und der längs des Weges 6 in den Wellenwandler 24eintritt. Soll nun der Wellen-,
wandler zur Umformung in zirkuläre Polarisation benutzt werden, so tritt die waagerechte £-Komponente
20 des Vektors 19 durch die Gitter 26 hindurch, wie durch den gestrichelten Pfeil 29 in Fig. 4
gezeigt wird, da ja diese Komponente senkrecht zu den Stäben steht. Die Phasengeschwindigkeit der
waagerechten Komponente 20 wird durch die An-Ordnung 25 nicht verändert. Aber die Phasengeschwindigkeit
der senkrechten Vektorenkomponente 2i wird gegenüber der waagerechten Komponente
um 90° verzögert. Da der Abstand Sr
zwischen den benachbarten Stäben 27 in jedem Gitter 26 kleiner ist als eine halbe Wellenlänge, geht
die senkrechte E-Komponente 21 der Welle 19 nicht
zwischen den Stäben hindurch, und dementsprechend wirkt jedes Gitter 26 auf diese Komponente
genau so wie ein Streifen. Wie in Fig. 4 durch die strichpunktierten Pfeile 28 veranschaulicht, wandert
die senkrechte Komponente durch die öffnungen 18 zwischen den Gittern 26 eines jeden Feldes hindurch,
und es findet, wenn überhaupt, nur eine geringfügige Reflexion dieser Komponente statt.
Somit stehen beim Verlassen des Wandlers die beiden Komponenten 20 und 21 hinsichtlich des
Phasenwinkels senkrecht zueinander, und da sie auch räumlich zueinander senkrecht stehen, ist die
austretende Welle in ihrer Polarisation kreisförmig.
Nimmt man dagegen an, daß der Wellenwandler 24 benutzt wird, um die Polarisation zu drehen, so
wird die waagerechte Komponente 20 gegenüber der senkrechten Komponente 21 um i8o° verzögert, und
die Polarisation des austretenden resultierenden Vektors 30 steht senkrecht zur Polarisation des eintretenden
Vektors 19. Mit anderen Worten, die Polarisation des Vektors 19 ist um 900 gedreht.
Der Wellenwandler 31 nach Fig. 5 und 6 ist im Grunde der gleiche wie der Wellenwandler 24, jedoch
mit dem Unterschied, daß als dielektrisches Medium 32 an Stelle von Luft hier Polystyrenschaum
benutzt ist. Der Polystyrenschaum hat eine dielektrische Konstante von 1,014 und einen
Brechungsindex von 1,007 und verhält sich also in
dieser Hinsicht wie Luft als Medium, da für Luft sowohl die dielektrische Konstante als auch der
Brechungsindex gleich 1 sind. Der Wellenwandler 31 besitzt eine Gruppe von 960 metallischen Stäben,
die in zehn senkrechten Ebenen 33 bis 42 angeordnet sind. Jede dieser Ebenen enthält acht waagerechte
Reihen von Stäben 27, die voneinander einen Abstand von weniger als einer halben, Wellenlänge
besitzen, öder anders ausgedrückt, die 960 Stäbe sind in acht Lagen 43 bis 50 angeordnet, von denen
jede zehn lineare gitterförmige Glieder 26 enthält, wobei jedes dieser Glieder 26 aus zwölf senkrechten
Stäben 27 besteht. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die zehn gitterförmigen Glieder jeder Lage in eine
waagerechte Platte 51 aus Polystyrenschaum eingebettet. Die acht Platten 51 für die acht Lagen
sind senkrecht übereinandergestapelt, so daß die Gitterglieder 26 in Richtung der Y- und der
Z-Dimension der Anordnung einen gewissen Abstand voneinander besitzen. Die Arbeitsweise des
WeHenwandlers 31 als Anordnung zur Umformung
oder zum Drehen der Polarisation ist die gleiche wie die des Wellenwandlers 24 in Fig. 3.
In den Fig. 7 und 8 !^zeichnet die Bezugszahl 52
ein metallisches Verzögerungsprisma mit einer Gruppe 53, die in Polystyrenschaum eingebettet ist.
Die Gruppe 53 besteht aus einundzwanzig leitenden, streifenförmigen Gliedern 3, die in sechs
waagerechten Lagen 54 bis 59 angeordnet sind. Diese Lagen enthalten ein, zwei, drei, vier,
fünf oder sechs Streifen. Die sechs Lagen sind in einzelnen Platten 51 aus Polystyrenschaum angeordnet,
wobei jeder Streifen in einen geraden Schlitz der Schaumplatte eingesetzt ist. Die
Z-Dimensionen der Platten sind, wie es die Zeichnung zeigt, so abgestuft, daß die Platten alle
zusammen ein Prisma bilden. Die einander entsprechenden Streifen in jeder Lage sind in waagerechter
Richtung ausgerichtet. Wie bei der Anordnung nach Fig. ι können die elektrische Polarisationsfähigkeit
und der Brechungsindex des Prismas 52 mit Hilfe der Gleichungen (7) und (8) bestimmt werden.
Es sei für den Betriebszustand angenommen, daß die auf das Prisma fallende Welle sich längs des
Weges 6 fortpflanzt und einen E-Vektor parallel zur Streifenbreite W besitzt. Hierbei wird derjenige
Teil der Wellenfront, der durch den unteren, dickeren Teil des Prismas hindurchgeht, um einen größeren
Betrag verzögert als derjenige Teil der Wellenfront, der durch den dünneren, oberen Teil
des Prismas tritt. Folglich wird die Richtung 6 der Welle in der durch den Pfeil 60 gezeigten Weise abgebogen
oder gebrochen, wobei der Betrag der Brechung von dem Brechungsindex η des Prismas
abhängt. Sowohl in Fig. 7 als auch in Fig. 8 bezeichnet der gestrichelte Pfeil 61 die Austrittsrichtung,
die die Wellen hal>en würden, wenn sie durch das Prisma nicht abgelenkt werden würden. Da nur
solche Wellen verzögert werden, die einen £-Vektor oder eine E - Vektorkomponente parallel zur
Breite W der Streifen besitzen, so stellt das Prisma eine polarisierte Verzögerungsanordnung dar.
In Fig. 9 und 10 wird das metallische Verzögerungsprisma
62 durch eine Gruppe 63 gebildet, die in Polystyrenschaum als Medium eingebettet ist.
Die Gruppe 63 enthält, wie in Fig. 8, 21 leitende gitterförmige Glieder 27, die in sechs waagerechten
Lagen 64 bis 69 mit ein, zwei, drei, vier, fünf bzw. sechs Gittern angeordnet sind, wobei diese sechs
Lagen je in einer besonderen Schaumplatte 51 eingel>ettet
liegen. Die Gitter in benachbarten Lagen sind so gegeneinander versetzt, daß die Anordnung
63, verglichen mit der Gruppe 53 in Fig. 8, eine größere Anzahl metallischer Glieder 26 pro Flächeneinheit
in der F-Z-Ebene enthält. Unter der Annähme, daß die Polarisationsfähigkeit der gitterförmigen
Glieder 26 in Fig. 10 die gleiche ist wie diejenige der streifenförmigen Glieder 3 in Fig. 8,
ist demzufolge der Brechungsindex der Gruppe 63 in Fig. 10 größer als derjenige der Gruppe 53 in
Fig. 8. Die versetzte Anordnung gestattet einen gedrängteren Zusammenbau. Wie bei dem Prisma 52
nach Fig. 7 und 8 ist das Prisma 62, wie durch den Pfeil 60 gezeigt, polarisiert und arbeitet so, daß es
Wellen mit einem Ε-Vektor 5 und einer Fortpflanzungsrichtung 6 bricht.
In Fig. 11, 12, 13 und 14 bezeichnet die Bezugszahl 70 eine polarisierte, kreissymmetrische, metallische
Verzögerungslinse mit einer Gruppe 71 von neunundvierzig leitenden streifenförmigen
Gliedern 3, die in Richtung der F-Dimension des als Medium 32 dienenden Polystyrenschaumes
einen Abstand Sy besitzen, und in der Richtung der Z-Dimension einen Abstand S2. Die neunundvierzig
Streifen 3 sind in sieben senkrechten Feldern 72 bis 78 angeordnet, oder anders betrachtet,
in acht waagerechten Lagen 79 bis 86. Das Schaummedium 32 besteht aus acht senkrecht
übereinandergelegten Platten 87 bis 94 mit senkrechten Schlitzen, die die Streifen 3 aufnehmen und
so die acht Lagen 79 bis 86 der Streifen stützen. Die Bezugszahlen 95, 96, 97 und 98 bezeichnen die
•ebene Vorderfläche, die rückwärtige konvexe Fläche, die optische Achse und den Brennpunkt der
Linse 70. Wie in der Zeichnung gezeigt, sind die Längen der Schlitze und der Streifen 3, die Tiefen
gewisser äußerer Schlitze und die Breiten der dazu gehörenden äußeren Streifen so gewählt, daß sie
den konvexen Umriß der rückwärtigen Linsenfläche 96 bilden. Da die Anzahl N der Streifen pro
Flächeneinheit des Schnitts in der F-Z-Ebene über den ganzen Bereich der Gruppe 71 hinweg konstant
ist, so ergibt sich, daß die Gruppe nicht nur ganze Streifen, sondern auch Teile von Streifen enthält.
Die Kennziffer 99 bezeichnet ein konisches, punktförmiges Horn, dessen Mundstück im Brennpunkt
98 liegt und mittels des dielektrischen Leiters 100 mit einer Übertragungsanordnung 101 verbunden ist.
Wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen zum Umformen und zum Drehen der Polarisation
und bei den Prismen, so kann auch hier mit den Werten W und N und damit Sy und S2, wenn sie
gewählt werden, die Polarisationsfähigkeit α und der Brechungsindex n, der größer ist als 1, bestimmt
werden. Sind umgekehrt η und W gewählt, so können die Werte N und damit die Werte Sy und Sz
bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 15 soll nunmehr die Gleichung für die äußere Begrenzung der konvexen
Fläche 96 ermittelt werden, die dem Brennpunkt 98 und dem Horn 99 zugewandt ist. In Fig. 15 bezeichnet
das Bezugszeichen A die Länge eines von einer Welle oder einem Strahl durchlaufenen Weges,
der vom Brennpunkt 98 ausgeht und durch den dicken Teil der Linse längs der Achse 97 bis zu der
flachen vorderen Seite 95 wandert. In entsprechender Weise bezeichnet das Bezugszeichen B die Länge
des Weges eines vom Brennpunkt 98 ausgehenden Strahles, der so gegen den äußeren Umfang gerichtet
ist, daß er gerade an der Linse vorbeigeht und auf diesem Wege die vordere Fläche 95 erreicht.
Damit nun die kugelförmige Wellenfront 102, die im Brennpunkt 98 entsteht, in eine ebene
Wellenfront 103 an der vorderen Fläche 95 umgewandelt wird, muß die Zeit TA, die zum Durchlaufen
der Strecket benötigt wird, ebenso groß i»5
sein wie die Zeit TB für die Strecke B. Nun ist aber
und
(10)
(II)
In diesen Gleichungen sind / die Brennweite der Linse, χ die Linsendicke längs der Achse 97, y der
Halbmesser oder die halbe öffnung der Linse 70, ν die Phasengeschwindigkeit im Innern der Linse,
v0 die Phasengeschwindigkeit im freien Raum.
Infolgedessen ist
f 1 *=
Da nun aber
(12)
(13)
worin η den Brechungsindex bedeutet, so ergibt sich schließlich
2fx (n— i)
= o. (14)
Dieses ist die Gleichung einer Hyperbel, deren Ursprung 0,0 im Scheitel der Kurve, d. h. der konvexen
Fläche 96 liegt.
Es sei nun angenommen, daß die Anordnung 101
in Fig. 11 einen Sender darstellt, dann wird die Energie von diesem Sender 101 über einen Wellenleiter
100 dem Horn 99 zugeführt, und es wird eine Welle mit einer senkrechten Polarisation 21 und
einer kugelförmigen Wellenfront 102 in Richtung auf die Linse 70 ausgesandt. Die Wellen, die durch
den dicken mitteren Teil, d. h. den Scheitel der Linse, hindurchgehen, werden um einen größeren
Betrag verzögert als die Wellen, die durch den
D =
η — ι
_ r2 J·
(16)
(17)
Hierin liedeutet η den Brechungsindex, und r ist
ein Parameter. Die Ausdrücke Rmax, R, D, d, r
und/ bezeichnen die in Fig. 16 angegebenen Strecken.
In Fig. 17 l>ezeichnen die Bezugszahlen 110, in
und 112 die Strahlungsdiagramme in der £-Ebene, aufgenommen über ein Band von i2°/o, nämlich
bei 3860, 4120 und 4360 MHz, was Wellenlängen von 7,76, 7,28 und 6,89 cm entspricht, und zwar
für eine Anordnung ähnlich der in den Fig. 11 und 15 dargestellten. Bei der untersuchten Anordnung
wurde eine Linse 70 mit einem Durchmesser oder einer öffnung von 90 cm mit leitenden Metallstreifen
von einer Dicke von 0,0127 cm benutzt.
äußeren, dünneren Teil der Linse hindurchgehen, und somit sind alle Wellen, die an der flachen vorderen
Fläche 95 eintreffen, gleichphasig. Anders betrachtet, wird die ausgesandte kugelförmige Front
der Welle 102 durch die Linse 70 in eine ebene Wellenfront 103 umgewandelt, die senkrecht zur
Achse 97 liegt. Beim Empfang spielt sich der umgekehrte Vorgang ab: eine ankommende ebene
Wellenfront 103 mit einer Fortpflanzungsrichtung parallel zur Achse 97 wird durch die positive plankonvexe
Linse 70 in eine kugelförmige Wellenfront 102 umgewandelt, die zum Brennpunkt 98 konvergiert.
Mit anderen Worten, es werden die ankommenden parallelen Strahlen 104 und 105 durch die
Linse abgebogen oder gebrochen, wie durch die Strahlen 106 und 107 veranschaulicht, und sie
werden auf die Primärantenne 99 vereinigt. Da die Linse 70 kreissymmetrisch ist, wird diese Wirkung
der Vereinigung im Brennpunkt in allen Ebenen erzielt, die die Achse 97 enthalten. Wie bei dem
Prisma nach Fig. 7 werden nur solche Wellen oder Wellenkomponenten gebrochen, die parallel zur
Dimension der Streifenbreite W elektrisch polarisiert sind. Die Wellen, die senkrecht zu der vorgenannten
Dimension polarisiert sind, werden reflektiert.
Wenn es erwünscht ist, kann auch die flache Seite der Linse 70 in Fig. 11 an Stelle der konvexen Seite
dem Brennpunkt 98 und dem konischen Horn 99 zugewandt sein. Bei dieser so abgeänderten Anordnung,
wie sie in Fig. 16 dargestellt ist, unterscheidet sich die Krümmung der konvexen Fläche von derjenigen
der konvexen Fläche in Fig. 11 und 15. Wenn die flache Linsenoberfläche 96 dem Horn zugewandt
ist, so ergibt sich die Krümmung der konvexen Oberfläche 95 aus den folgenden Gleichungen
in Parameterform.
D (K-I)-ff-l/p+ r»
r2)
(15)
Die Streifenbreite W l>etrug 1,9 cm, der Abstand Sz
0,95 cm und der Abstand \y 3,8 cm. Wie in Fig. 17
gezeigt, ist l>ei den drei Diagrammen 110, 111
und 112 die Breite 113 der Hauptstrahlungsbereiche
114 im Punkte halber Energie gleich, und zwar beträgt sie in allen drei Fällen 4,5°. Es ist also
die Richtwirkung über einen weiten Frequenzbereich gleich. Außerdem sind in allen drei
Strahlungscharakteristiken die Bereiche der Neben-Strahlungen 115 alle um etwa den gleichen Betrag
unterhalb des Maximalwertes desHauptstrahlungsbereiches,
nämlich um i5Dezil>el. Es kann auch noch hinzugefügt werden, daß für Wellenlängen
von 7 und 8 cm die gemessenen Brechungsindices der untersuchten Linse 70 etwa 1,43 bzw. 1,41 betrugen,
während dieser Index η aus der Gleichung (8) zu 1,45 errechnet worden war. Somit sind also
die gemessenen und der errechnete Wert von η im wesentlichen einander gleich oder zumindest
vergleichbar.
In Fig. 18 bedeutet das Bezugszeichen 120 eine
polarisierte metallische Verzögerungslinse, die der Linse 70 nach Fig. 11 ähnelt. Der erste Unterschied
jedoch zwischen den beiden Linsen besteht darin, daß die Linse 120 zylindersymmetrisch ist
und eine Brennpunktlinie 121 besitzt, während die Linse 70 kreissymmetrisch ist und dementsprechend
einen Brennpunkt 98 hat. Ferner hat dementsprechend die Linse 120 eine optische
Achsenebene 122, während die Linse 70 eine optische Achse 97 besitzt. Die Stirnfläche 123 der
Linse 120 ist eben, und die rückwärtige Fläche 124
ist zylindrisch-konvex, wobei die konvexe Krümmung sich nach der Gleichung (14) bestimmt. Die
Linse 120 enthält eine Gruppe 125 von leitenden Streifen 3, die innerhalb des Mediums 32 in Richtung
der Y- und Z-Dimensionen einen gewissen Abstand voneinander besitzen und in Lagen 79
bis 86 angeordnet sind, wobei die Lagen in Schlitzen in einzelnen Schaumplatten 87 bis 94 gehalten
werden. Die Streifen 3 sind von gleicher Länge und sind in Schlitzen von ebenfalls gleicher
Länge, die derjenigen der Streifenlänge entspricht, befestigt. Bezugsziffer 126 bezeichnet ein sektor-
«5 förmiges Horn, dessen öffnung 128 mit der Brennpunktlinie
121 in einer Ebene liegt, wobei diese öffnung mit Erweiterungen 127 versehen ist. Das
Horn 126 ist mittels eines Leiters 100 mit der Übertragungsanordnung 101 verbunden. DiePolarisationsfähigkeit
α und der Brechungsindex η der Linse 120 für Wellen mit einem E-Vektor 21 parallel
zur Streifenbreite 3 sind die gleichen wie die Polarisationsfähigkeit und der Index der Linse 70
in Fig. 11.
Es sei für den Betriebsfall der Anordnung nach Fig. 18 angenommen, daß der E-Vektor 21 senkrecht
und die Brennpunktlinie 121 waagerecht liegt, wobei die Wellen, die von einer Anordnung 101
über einen Leiter 100 dem Horn 126 zugeführt werden, gegen die Linse 120 in der Form eines
senkrechten, fächerförmigen Bündels ausgesandt werden, und zwar ist dieses Bündel in der senkrechten
Ebene breit und in der waagerechten Ebene schmal. Die Linse 120 arbeitet so, daß sie die
Wellen in der senkrechten Ebene bündelt. Die Wellen in der waagerechten Richtung jedoch bündelt
sie nicht, so daß die Linse 120 die Charakteristik eines waagerechten fächerförmigen Bündels
besitzt. Folglich ist das von der Anordnung, bestehend aus Horn oder Primärantenne 126 und
Linse oder Sekundärantenne 120 ausgehende Bündel schmal, sowohl in der senkrechten als
auch in der waagerechten Ebene, oder, mit anderen Worten, die Anordnung hat die Charakteristik
eines linienförmigen Bündels.
In Fig. 19 und 20 bezeichnet die Bezugszahl 130
eine polarisierte, kreissymmetrische Streifenlinse von einfachem Aufbau und von geringem Gewicht.
Die Linse 130 enthält sechs Cellophanplatten 131,
!33* !35» l2>7>
J39 und τ4ι und fünf Platten 132,
134, 136, 138 und 140 aus einem festen Dielektrikum,
wie Cellophan oder Polystryrenschäum, als Abstandshalter, wobei ein Abstandshalter immer
zwischen je zwei benachbarte Feldplatten eingesetzt ist. Jede Feldplatte enthält ein kreisförmiges
Linsenfeld 142, das aus mehreren leitenden dünnen Folienstreifen 3 besteht, die an der
vorderen Fläche der Feldplatte befestigt sind. Die Felder haben abgestufte Durchmesser und daher
verschiedene Zahlen von Streifen, in Übereinstimmung mit der konvexen, optischen rückwärtigen
Fläche der Linse 130. Wie bei dem Gitterprisma nach Fig. 10 liegen die einander entsprechenden
Streifen in benachbarten Feldern nicht in einer Linie, sondern sind gegeneinander versetzt. So sind
die acht Streifen 3 der Feldplatte 133 gegenüber den neun Streifen 3 der Feldplatte 131 versetzt,
und sie stehen daher den acht Zwischenräumen 143 der Feldplatte 131 gegenüber. Die Linsenachse 97
geht durch den mittleren Streifen 3 der Feldplatte 131 und durch den Zwischenraum 143 zwischen den
beiden mittleren Streifen- der Feldplatte 133 hindurch.
Die Feldplatten und die Abstandhalter werden mittels der hölzernen Ringe 144 und 145
sowie der Bolzen- und Mutterverbindungen 146 fest zusammengehalten, und die Linse wird durch den
Fuß 147 getragen. Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist auch hier der
Brechungsindex η größer als 1 für Wellen mit dem E-Vektor 21, und er hängt von den Werten ab, die go
für die Größen W und N gewählt wurden. Die Linse 130 hat einen Brennpunkt 98, und ihre konvexe
Fläche ist gegen das Horn 99 gerichtet.
Die Arbeitsweise der Anordnung 130, 99 in Fig. 19 ist die gleiche wie diejenige der Anordnung
70, 99 in Fig. 11. Soweit es sich um Wellen handelt, die elektrisch parallel zu der Streifenbreite
W polarisiert sind, bündelt die Linse die Wellen in allen Ebenen, die die optische Achse 97
enthalten, und die Anordnung 130, 99 hat die Charakteristik eines linienförmigen Bündels.
In Fig. 21, 22 und 23 bezeichnet die Bezugszahl 150 eine polarisierte, kreisförmigsymmetrische
Gitterlinse von einfachem, leichtem Aufbau. Die Linse 150 enthält eine Gruppe 151 von 39 waagerechten
gitterförmigen Gliedern 26, von denen jedes aus einer größeren Anzahl von senkrechten,
metallischen, stabförmigen Elementen 27 besteht. Die Stäbe 27 besitzen voneinander einen Abstand
Sx, der kleiner ist als eine halbe Wellenlänge, und l>esitzen Längen, die der Gitterbreite W
entsprechen. Die Gitter 26 sind in sieben kreisförmigen, senkrechten Feldern 152 bis 158 angeordnet,
die sich parallel zur X-F-Ebene erstrecken. Die Felder 152 bis 158 haben abgestufte Durchmesser,
in Übereinstimmung mit der konvexen Fläche der Linse 150, oder anders betrachtet, sind
die Gitter in elf plankonvexen, senkrechten Vorhängen 159 bis 169 angeordnet, die parallel zur
F-Z-Ebene verlaufen. In der X-F-Ebene sind die iao
Gitter gegeneinander versetzt und in fünfzehn waagerechten Lagen 170 angeordnet. Die Felder
bis 158 haben acht, sieben, sechs, sieben, sechs, fünf und zwei Reihen, wobei die Gitter in benachbarten
Lagen oder in benachbarten Feldern gegeneinander versetzt sind. Die Stäbe 27 sind in senk-
rechten Platten 171 aus Polystyrenschaum befestigt,
und zwar ist je eine solche Platte für jeden j der Vorhänge 159 bis 169 vorhanden, wobei die
Platten sich parallel zur F-Z-Ebene erstrecken und die gleichen waagerechten Abstände Sx besitzen
wie die Stäbe. Die Abstände S3, und S2 der Gitter
26 sind beide kleiner als eine Wellenlänge, und zwar, wie bei den Anordnungen nach Fig. 3 und 5,
vorzugsweise kleiner als eine halbe Wellenlänge.
ίο Die Platten 171 werden in ihrer Lage mittels der
einzelnen hölzernen Ringe 144 festgehalten. Wie vorher ist der Brechungsindex η der Linse 150
größer als 1 für Wellen, die den senkrechten E-Vektor 21 besitzen, und er hängt von den Werten
ab, die für W, N und den Abstand gewählt wurden. Die Linse 150 hat einen Brennpunkt 98
und ist polarisiert. Ihre konvexe Fläche 96 ist dem Horn 99 zugewandt.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 21 mit der Linse 150 und dem Horn 99 ist für Wellen
mit dem £-Vektor 21 die gleiche wie diejenige der Anordnungen 130, 99 nach Fig. 19 und 70, 99 nach
Fig. 11. Was die Komponenten des //-Vektors anl
>elangt, sofern solche vorhanden sind, so gehen diese durch die Gitterlinse 150 nach Fig. 21 hindurch,
während sie durch die Linse 70 und die Linse 130 reflektiert werden. Wenn es gewünscht
wird, können anpassende Abschnitte von fortschreitend abnehmender dielektrischer Konstante
auf jeder Fläche der Linsen 130 und 150 benutzt werden, um die Reflexionsverluste auf einen Mindestwert
herabzusetzen, sofern überhaupt solche Verluste auftreten.
Die Form des Aufbaues, die bei der Streifenlinse 130 in Fig. 19 und der Gitterlinse 150 in
Fig..21 benutzt ist, gestattet einen verhältnismäßig geringen Abstand Sz. Auf Grund des geringen Abstandes
und auch v.egen der versetzten Anordnung kann eine hohe effektive Dielektrizitätskonstante
erzielt werden und daher auch eine große Verzögerung. Die gemessenen effektiven Dielektrizitätskonstanten
einer Streifengruppe und einer Gittergruppe, die nach Fig. 19 und 21 gebaut
wurden, betrugen 225 bzw. 20. Da das künstliche Material der Ausführungsform mit Streifen eine
Dielektrizitätskonstante von 225 besitzt, so ist diese besonders geeignet für den Gebrauch in einem
Rohr für wandernde Wellen, denn der entsprechende Brechungsindex beträgt 15, und ein Rohr, das mit
dem vorgenannten Material gefüllt ist, würde eine
Phasengeschwindigkeit von ν = —- besitzen, d. h.
V15 der Geschwindigkeit im freien Raum.
In Fig. 24 bis 30 bezeichnet die Bezugszahl 180 eine große polarisierte symmetrische Streifenlinse
mit einem quadratischen Umfang 181, die in der
öffnung 182 eines quadratischen pyramidenförmigen
metallischen Hornes 183 angeordnet ist. Die Linse hat eine optische Achse 97, einen Brennpunkt 98
und, wie unten dargelegt, im mittleren Teil einen in sich nicht abgestuften Mehrzonenabschnitt 184,
außen einen in sich nicht abgestuften Mehrzonenabschnitt 185, eine mit einem Vorsprung versehene
ebene Stirnfläche 186 und eine abgestufte konvex vorspringende rückwärtige Fläche 187. Die Mitte
des Hornmundstücks 188 fällt mit dsm Brennpunkt 98 der Linse zusammen, und das Mundstück ist
über den rechteckigen Leiter 189 mit einer Übertragungsanordnung 101 verbunden, die einen Sender
oder einen Empfänger für sehr kurze Wellen darstellen möge. Die Erweiterungswinkel der Hornseiten
in der E- und der //-Ebene sind so, daß, wenn die Seiten bis zur Stirnfläche 186 fortgesetzt
wären, wie es durch die gestrichelten Linien 190 in Fig. 27 angedeutet ist, die vier Hornseiten gerade
den Kreisumfang der inneren oder zentralen Zone 184 berühren würden. Um die Benutzung der
Linse 180 und des Hornes 183 für 5-, 6- oder 7-cm-Wellen
zu ermöglichen, was Leitern 189 und Mundstücken 188 verschiedener Form entsprechen würde,
ist der kleine Mundstückteil 191 des Hornes abnehmbar gemacht. Infolgedessen kann ein Mundstück
191, dessen öffnung 188 eine bestimmte Form
besitzt, entfernt werden, und ein anderes Mundstück 191 mit einer anderen öffnung 188 kann an seiner
Stelle eingefügt werden.
Die Linse 180 enthält, unter der Annahme, ihre Größe betrage 1,83 m im Quadrat, eine Gruppe mit
einer großen Zahl, beispielsweise 1200, waagerechten
Metallstreifen 3, die in der X-Dimension einen Abstand Sx und in der Z-Dimension der Linse
einen Abstand S1 besitzen. Die Streifen sind in einer großen Anzahl, beispielsweise 40, senkrechter
Felder 192 (X-F-Ebene) angeordnet, wie es Fig. 30 zeigt. Anders betrachtet, sind sie in einer großen
Anzahl, beispielsweise 60, waagerechter Lagen 193 (X-Z-Ebene) angeordnet. Wie in der Linse nach
Fig. 11, sind die Lagen in waagerechten, rechteckigen Platten 194 aus Polystryrenschaum, und
zwar je einer für jede Lage, angeordnet, wobei die 1Oo
Streifen 3 in einzelnen Halteschlitzen der Platten befestigt sind. Die senkrecht übereinandergeschichteten
Platten 194 werden in ihrer Lage durch das quadratische Holzgestell 195 festgehalten.
Der Durchmesser oder die Öffnung des kreisförmigen mittleren Abschnittes 184 ist im allgemeinen,
jedoch nicht notwendigerweise, ziemlich groß, d. h. die Brennweite ist im allgemeinen so,
daß der mittlere Teil 184 eine Dicke von mehreren Wellenlängen besitzt, so daß dieser Abschnitt, wenn
es gewünscht wird, abgestuft werden kann, um die Dicke oder Z-Dimension dieses mittleren Teiles 184
herabzusetzen. In ähnlicher Weise ist die Diagonale der quadratischen Linse im allgemeinen ziemlich
groß, d. h. die Dicke des äußeren Abschnittes 185 ist gewöhnlich so, daß der äußere Abschnitt 185
Zonen von mehreren Wellenlängen einschließt, wodurch auch dieser Abschnitt, wenn es gewünscht
wird, abgestuft werden kann, um die Dicke des äußeren Abschnittes 185 zu verringern. Während,
wie gezeigt, der äußere Abschnitt gegenül>er dem mittleren Abschnitt abgestuft ist, so ist doch jeder
dieser Abschnitte, für sich selbst betrachtet, nicht abgestuft, und zwar insofern, als das Abstufen
einer Linse, die einen von der Frequenz unabhängigen Brechungsindex besitzt, wie es bei der
Linse i8o der Fall ist, die Bandbreite herabsetzt, wie bei einem parabolischen Reflektor. Zur Gegenüberstellung
sei erwähnt, daß das Abstufen einer Linse, deren Brechungsindex sich mit der Frequenz
sehr schnell ändert, wie beispielsweise bei einer schnellen metallischen Linse, die Bandbreite erhöht.
Die Stufe 196 zwischen den beiden Abschnitten ist von mittlerer Neigung, jedoch kann, wenn es gewünscht
wird, der Schritt 196 auch in waagerechter Ausführungsform oder in Richtung zum Brennpunkt
hin ausgeführt sein. Wie es jetzt erläutert werden soll, unterscheidet sich die konvexe Krümmung
für den äußeren Abschnitt 185 von der konvexen Krümmung des inneren Abschnittes 184.
Unter Bezugnahme auf Fig. 30 sei angenommen, daß der Strahl 197 von dem Brennpunkt 98 eine
Strecke T durch den freien Raum wandert und an der vorderen Fläche 186 der Linse 180 ankommt,
während der Strahl 198 von dem Brennpunkt 98 die gleiche Strecke durch das künstliche Verzögerungsmaterial
oder die metallische Gruppe hindurchwandert und an der Stirnfläche τ86 ankommt.
Nun ist
und
(19)
Darin ist X1 die Zeit, die der Strahl 197 braucht,
um die Strecke T im freien Raum zu durchwandern, t2 die Zeit, die der Strahl 198 braucht, um die
Strecke T in der metallischen Verzögerungsanordnung zu durchwandern, ^0 die Phasengeschwindigkeit
im freien Raum und ν die Phasengeschwindigkeit in der Linse 180.
Da nun
V0 > ν,
(20)
so ergibt sich
t2 X1. (21)
Damit nun die Strahlen 197 und 198 gleichphasig
(tt' — l)
an der Linsenfläche 186 ankommen, muß t2 —J1 gleich
κ χ 6S
sein dem Wert -, wobei K irgendeine ganze
Zahl ist und X0 die Wellenlänge einer Welle in der
Mitte des Frequenzbandes, und zwar gemessen im freien Raum. Es gilt also
KX0
22
Es ist nunmehr zu setzen:
KXn
KX0
— T+Τ-?- = Κ X0,
T(n-i)=KX0,
η — ι'
(23)
(24)
(25) (26) (27)
Wie schon angedeutet, und zwar unter Bezugnahme auf Fig. 15, bestimmt die Gleichung (14)
den konvexen Umriß 199 des mittleren Abschnittes 186, wobei der Ursprung 0,0 im Scheitelpunkt der
Kurve angenommen ist. Fügt man den Wert T, wie er durch die Gleichung (27) gegeben ist, dem
Wert X hinzu, und zieht dieses von / in Gleichung (14) ab, so ergibt sich demnach die folgende Gleichung
für den konvexen Umriß der rückwärtigen Seite des äußeren Abschnittes 185:
In der Praxis wird der besondere Wert für K benutzt, der den konvexen Umriß des äußeren Abschnittes
am nächsten an die Ecken des Hornes heranbringt.
Um die etwaige Reflexion von Energie an der vorderen und an der rückwärtigen Fläche der Linse
in den Leiter 189 auszuschließen, ist die obere Hälfte der Linse vorspringend ausgeführt, und
zwar waagerecht gegenüber der unteren Hälfte der Linse, um einen Betrag D gleich einem Viertel
Wellenlänge der Welle in der Mitte des Frequenzbandes oder um ein ungerades Vielfaches davon.
Die Arbeitsweise der Linse 180 ist im Grunde die gleiche wie diejenige der Linse in Fig. 11. So
werden Wellen, die einen senkrechten E-Vektor 21
parallel zur Breite der Streifen l>esitzen, verzögert und gebrochen, und in allen Ebenen, die die Achse
97 enthalten, wird eine bündelnde Wirkung erzielt. Wellen mit einem waagerechten £-Vektor werden
an den Flächen der Linse reflektiert. Die Seiten des Hornes arbeiten so, daß sie die Linse abschirmen.
Dadurch werden, wie unten genauer ausgeführt, die Bereiche der Nebenstrahlungen vermindert,
und es wird eine in hohem Maße zufriedenstellende Richtwirkung erzielt.
Wegen des Vorsprunges D von -einer Viertelwellenlänge
sind die Wellen, die von der ol>eren Linsenhälfte reflektiert werden, gegenüber den von
der unteren Hälfte reflektierten zeitlich in ihrer Phase um i8o° verschoben. Infolgedessen tritt
keine reflektierte Energie in den Leiter 189 ein. Ein abgeschirmtes Linsensystem, das nach Fig. 24
bis 30 gebaut war, wurde bei Frequenzen innerhalb des Bandes von 3900 bis 4300 MHz untersucht.
Bei der untersuchten Anordnung betrugen die X- und F-Dimensionen der Linse je 1,83 m, die Linsendicke oder Z-Dimensionen 41,3 cm und die Brennweite
/ etwa 1,5 m. Die Breite W der Streifen 3 betrug
1,9 cm, der Streifenabstand Sx = 2,3 cm und
der Abstand Sz = 0,95 cm, was Bruchteilen von 0,25 bzw. 0,46 bzw. 0,13 einer Wellenlänge von
7,2 cm entspricht, d. h. einer Welle in der Mitte des Frequenzbandes. Die Streifendicke betrug
0,0127 cm. Der gemessene Brechungsindex η der
Linse 180 mit den vorerwähnten Streifenbreiten und -abständen betrug etwa 1,50. Wie unten erörtert,
veranschaulichen Fig. 31 bis 35 die gemesao senen Charakteristiken des eben beschriebenen
untersuchten Systems 180, 183.
In Fig. 31 und 32 bezeichnen die Bezugszahlen 200 und 201 je ein Strahlungsdiagramm in der
waagerechten Ebene H, die beide bei einer Wellenlänge von etwa 7,2 cm gemessen sind, und zwar
für die untersuchte Linse 180 als solche, d. h. ohne
die Schirme oder Hornseiten, und zum anderen für die untersuchte Linse 180 mit den Hornseiten. Die
Bezugszahlen 202 und 203 bezeichnen die Haupt-Strahlungsbereiche und die Bezugszahlen 204 und
205 die Nebenstrahlungsbereiche in den Strahlungsdiagrammen 200 und 201. Es sei hervorgehoben,
daß jedes Diagramm in bezug auf die Achse 97 in hohem Maße symmetrisch ist. Diese Symmetrie
ist ein Zeichen für die große Homogenität des künstlichen dielektrischen Materials oder der
Gruppe, eine gute Eigenschaft, die nicht bei allen festen dielektrischen Substanzen, wie bei PoIystyrenschaum,
gefunden wird. Wie in Fig. 31 gezeigt, beträgt die Breite des Hauptstrahlungsbereichs
202 im Punkte halber Energie 206 etwa 2,6°, und die entsprechende Breite 207 für den Bereich
203 beträgt etwa 2,68°. Das Bündel oder die Breite im Punkte halber Energie ist natürlich eine
Funktion der Linsenöffnung, und für eine größere öffnung, wie z. B. 3 m, würde das Bündel beträchtlich
schmaler sein. Die Nebenstrahlungsbereiche sind außerordentlich niedrig und sind im allgemeinen
kleiner als die Nebenstrahlungsbereiche in den Strahlungsdiagrammen vergleichbarer vorbekannter
Ausführungsformen. So liegen sogar in dem Strahlungsdiagramm 200 für die ungeschirmte
Linse von 1,80 m die Nebenstrahlungsbereiche 204 um etwa 28 Dezibel unterhalb des Maximums des
Hauptstrahlungsbereichs 200. In dem Strahlungsdiagramm 201 für die abgeschirmte Linse von
1,80 m liegen die Nebenstrahlungsbereiche 205 mehr als 35, und zwar fast 40 Dezibel darunter.
Es ist zweifelsfrei, daß die Nebenstrahlungsbereiche noch niedriger liegen würden, wenn die Linsenöffnung
3 m betragen würde. Wenn. auch die Strahlungsdiagramme 200 und 201 Diagramme für
die waagerechte Ebene darstellen, so stellt doch jedes Diagramm ziemlich genau auch das Diagramm
für irgendeine andere Ebene dar, die die Achse 97 enthält. In der Praxis ist der Hauptstrahlungsbereich
in dem Diagramm der senkrechten Ebene im allgemeinen etwas schmaler als der Hauptstrahlungsbereich
202 oder 203, und die Nebenstrahlungsbereiche sind ausgeprägter, und zwar
insofern, als die Wellen in der senkrechten Ebene polarisiert sind. Dementsprechend ist die Anstrahlung
der Linse durch das Mundstück in dieser Ebene weniger spitz zulaufend als in der waagerechten
El>ene.
In Fig. 33 und 34 bezeichnet die Kurve 210 die absolute Verstärkungsziffer eines Standardhornes
über den breiten Frequenzbereich von 3920 bis 4300 MHz, und die Ziffer 211 bezeichnet die gemessene
Verstärkung der abgeschirmten Linse 180 mit dem Standardhorn 183. Da während der Messung
die Feldstärke sich längs der Hornöffnung oder Linsenöffnung änderte, sich jedoch in der öffnung
des Standardhornes nicht änderte, ist die Kurve 211 korrigiert worden. Die Bezugszahl 212
bezeichnet die korrigierte Kurve für die abgeschirmte Linse 180. Die Verstärkung für die
ideale oder optimal isotrope Antenne mit einem Bereich entsprechend demjenigen der Linse 180 ist
in der Kurve 213 dargestellt. Der Unterschied in go
den Kurven 212 und 213 ist ein Maß für die Wirksamkeit
der abgeschirmten Linse. Die Kurve 214 in Fig. 34 stellt diesen gemessenen Unterschied dar.
Zum Zweck des Vergleiches ist in Fig. 34 auch die gemessene Verstärkungskurve 215 einer abgeschirmten
metallischen Beschleunigungskanallinse dargestellt. Die Verstärkung der abgeschirmten metallischen
Verzögerungslinse im Sinne der Erfindung ist in der Mitte des Bandes, d. h. gemessen bei
4220 MHz, etwa 1 Dezibel besser als diejenige der metallischen Beschleunigungslinse. Im Hinblick
auf die Tatsache, daß der Brechungsindex η der Linse bei der Ausführungsform der Erfindung mit
der Frequenz konstant ist, ist auch die Verstärkungskurve 214 flach, d.h. die Verstärkung ist
über das ganze Band von 500 MHz (4420 bis 3920 MHz) gleich groß. Demgegenüber ändert
sich der Brechungsindex η der metallischen Beschleunigungslinse
mit der Frequenz, und die Verstärkung ist über das Frequenzband hinweg keines- no
wegs gleich.
In Fig. 35 bezeichnet die Bezugszahl 216 die gemessene
Frequenzanpassungscharakteristik für das Horn 183 nach Fig. 24, ,und Bezugszahl 217 bezeichnet
die Frequenzanpassungskurve der Linse 180, die an das Horn 183 angebaut ist. Wie die
Kurven zeigen, ändern sich die Verhältnisse der stehenden Wellen 216 und 217, gemessen in dem
Leiter 189, nicht wesentlich ül>er das Frequenzband hinweg, wie es erwünscht ist. Es ändert sich das
Verhältnis oder die Kurve 216 für das Horn um weniger als 0,4 Dezibel und das Verhältnis 217 für
die abgeschirmte Linse um etwa 0,3 Dezibel.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gewissen Ausführungsformen beschrieben worden ist, 1*5
so sei doch hervorgehoben, daß sie nicht auf die
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein ] soll, und zwar insofern nicht, als andere Geräte
ebenfalls für die Ausführung der Erfindung mit Erfolg benutzt werden können.
Claims (11)
- Patentansprüche:ίο i. Anordnung zur Verringerung der Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen, insbesondere sehr kurzer, ultrakurzer und suprakurzer Wellen, durch leitende Glieder, die iti einem dielektrischen Medium in Abstand voneinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Glieder aus langen, dünnen, gleichförmigen und parallelen Streifen bestehen, die derart bemessen sind und solchen Abstand voneinander haben, daß die in Richtung der Breitenausdehnung der Streifen elektrisch polarisierte Wellenkomponente die jeweils gewünschte Verringerung der Phasengeschwindigkeit erfährt.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge-«5 kennzeichnet, daß die Streifen aus massivemMetall bestehen und eine eolche Längsausdehnung haben, daß die in Richtung dieser Längsausdehnung elektrisch polarisierte Wellenkomponente reflektiert wird.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in ihrer Längsrichtung nach Art einer Gruppe paralleler Dipole gitterförmig aufgeteilt sind, derart, daß die in Richtung dieser Längsausdehnung elektrisch polarisierte Wellenkomponente im wesentlichen unbeeinflußt hindurchgeht.
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in Richtung ihrer Breitenausdehnung um weniger als eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt sind.
- 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieBreite der leitenden Glieder kleiner als eine halbe Wellenlänge ist.
- 6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Feldern aufweist, die sich senkrecht zur'Bahn der ankommenden Welle erstrecken und längs dieser Bahn voneinander Abstand haben, wobei jedes Feld eine besondere Anzahl leitender Glieder enthält.
- 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Glieder benachbarter Felder gegeneinander versetzt sind.
- 8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, da.-durch gekennzeichnet, daß die Felder kreisförmig sind, unterschiedliche Durchmesser im Sinne einer optischenLinse besitzen undeinzeln auf eigenen, parallelen und festen dielektrischen Platten angebracht sind, wobei der Abstand zwischen benachbarten Feldern kleiner ist als die Länge der ankommenden Welle.
- 9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Anordnung gegenüber der anderen Hälfte in der Achsrichtung um ein Viertel der mittleren Wellenlänge oder ein ungerades Vielfaches davon verschoben ist.
- 10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen gegenüber der Achse inneren und äußeren Stufenbereich aufweist, deren jeder eine Anzahl in parallel zur Achse der Anordnung verlaufenden Reihen angeordneter leitender Glieder enthält, wobei jede Reihe in einer aus Poly sty renschaum bestehenden Platte befestigt ist und der Abstand zwischen den Reihen sowie der Gliederabstand innerhalb jeder Reihe kleiner als eine Wellenlänge sind.
- 11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt der einen Hälfte der Anordnung um ein ungerades Vielfaches von einem Viertel der mittleren Wellenlänge weiter von der Linse entfernt liegt als der Brennpunkt der anderen Hälfte.Hierzu 3 Blatt Zeichnungen5221
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