DE868628C - Mehrfachstrahleranordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen ultrakurzer elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Mehrfachstrahleranordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen ultrakurzer elektromagnetischer Wellen

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DE868628C
DE868628C DEB4780D DEB0004780D DE868628C DE 868628 C DE868628 C DE 868628C DE B4780 D DEB4780 D DE B4780D DE B0004780 D DEB0004780 D DE B0004780D DE 868628 C DE868628 C DE 868628C
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radiators
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individual radiators
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radiator arrangement
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DEB4780D
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Walter Dr-Ing Daellenbach
Werner Dr Kleinsteuber
Erich Dr Todt
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Julius Pintsch AG
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Julius Pintsch AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/18Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas

Description

  • Mehrfachstrahleranordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen ultrakurzer elektromaqnetischer Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrfachstrahleranordnung zum gerichteten Senden und/ oder Empfangen ultrakurzer elektromagnetischer Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes.
  • Zur Erzielung einer gewünschten Sende- oder Empfangscharakteristik verwendet man vielfach Mehrfachetrahleranordnungen, die aus einer Mehrzahl beispielsweise in einer horizontalen Reihe in bestimmten Abständen angeordneter Einzelstrahler aufgebaut sind. Als Einzelstrahler kommen sowohl Antennen in Frage., die in der gewünschten Sende-oder Empfangsrichtüng keine Vorbündelung aufweisen, als auch Einzelstrahler, die in der Sende-oder Empfangsrichtung eine Vorbündelung besitzen. Im letzteren Fall ergibt sich die resultierende Strahlungscharakteristik aus dem Produkt der Richtwirkung eines Einzelstrahlers mit der Richtwirkung der Mehrfachstrahleranordnung. Die resultierende Strahlungscharakteristik ist außer von den Abständen und der Zahl der Einzelstrahler von der Art der Speisung der Einzelstrahler abhängig. Beispielsweise erhält man in dem einfachen Fall, wenn eine gewisseAnzahlEinzelstrahleräquidistant längs einer geraden Linie angerodnet sind und wenn die Einzelstrahler mit gleichem Strom gleichphasig gespeist sind, in bekannter Weise eine senkrecht zur Anordnung der Einzelstrahler gebändelte Strahlung, die neben dem Hauptmaximurn eine bestimmte Anzahl iNebenmaxima aufweist. Vergröffiert ' -man bei' gleichbleibendem Abstand der Einzelstrahler deren Anzahl, dann, wird die Bündelung in Richtung des Hauptmaximums schärfer, Gleichzeitig nimmt die Anzahl der- Nebenmaxima zu. Unabhängig von der Anzahl der Einzelstrahler beträgt die Intensität bzw. die elektrische Feldstärke des ersten Nebenmaximurns, wenn man Dieb 1 n-tensität bzw. die Feldstärke des Hauptmaximums einmal gleich i setzt, ungefähr o,2.
  • Will man aus besonderen Gründendie Größe der Nebemnaxima, insbesondere die Größe des ersten Nebenmaximunis, welches die größte Intensität aller Nebenmaxima, aufweist, verkleinern, so sind für besondere Einzelfälle Strahleranordnungen bekannt, bei denen die Nebenmaxima, insbesondere das erste Nebenmaximum, kleiner als .2o'/o sind. Hier und auch in, dem Fall, wo eine einseitig. orientierte Strahlungscharakteristik gewünscht ist, werden mit besonderem Vorteil eine Vorbündelung aufweisende Einzelstrahler' angewandt, die ins--besondere von sich aus nur nach einer Seite Strahlung aussenden. Die Abstände der Einzelstrahler und die Speisung der Einzelstrahler nach Amplitude-, und Phase braucht man dann nur mit Rücksicht auf die Vorwäxtsstrahlung auszuwählen.
  • Eine Vorbündelung aufweisende Einzelstrahler, die bei -geeigneter Ausbildung insbesondere eine einseitig orientierte Strahlung aussenden, sind bereits vorgeschlagen worden. Es sei kurz erwähnt, daß bei den, bereits. vorgeschlagenen Strahlern elektrisch leitende Flächen, die,auf die Betriebswellenlänge Jurcii Wahl ihrer Abmessungen und durch Wahl ihrer Wölbung abgestimmt sind, unmittelbar zum Aussenden oder Empfangen der. Strahlungsenergie dienen. Im folgenden werdenEinzelstrahler dieser Art als Flächenstrahler bzw. als Hohlraumstrahler bezeichnet.
  • Im Gegensiatz zu den für längere Wellen üblichen Antennen weisen Flächenstrahler in allen drei Raumrichtungen miteinander vergleichbare Abme-ssungen auf. Insbesondere sind die Ab- messungen, der Strahlungsdurchtrittsöffnung, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen sind, gleich oder größer als die Betriebswellenlänge. Beim Arbeiten mit den genannten Flächenstrahlern kann man also nicht ohne weiteres einen vorbestimmten, durch >die Abmessungen der Strahlungsdurchtrittsöffnung vorgeschriebenen Abstand zweier Einzelstrahler unterschreiten.
  • Das Ziel,der Erfindung ist, die Einrichtung so zu treffen, daß die durch die Strahlungsdurchtrittsöffnung der Einzelstrahler vorgegebene Beschränkung bei der Abstanfdgebung der Einzelstrahler einer Mehrfachstrahleranordnung in Fortf all kommt. Gemä3 der Erfindung werden zu diesem Zweck,die Ein-zelstrahler in der Weise erregt und die die Einzelstrahler bildenden, unmittelbar zum Aussenden und/oder Empfangen der Strahlungsenergie dienenden leitenden- Flächen so bemessen und geformt, daß eine Abmessung jedes Einzelstrahlers ohne Einfluß auf den Wellentyp und auf die - Abstimmung auf die Betriebswellenlänge ist, Lind die Einzelstrahler werden in Richtung dieser einen Abmessung vorzugsweise in Abständen* 'der halben Betriebswellenlänge aneinandergereiht. Bei der Mannigfaltigkeit der Formen der Hohlraumwellen #(H- und E-Wellen) sind die verschiedensten Ausführungsformen der Erfindung möglich. Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel der 'Erfindung werden beispielsweise die Einzelstrahler in Form eines quaderfbrinigen Kastens ausgebildet, ,dessen Vorderfläche offen ist, und es wird der durch-Jie Begrenzungsflächen gebildete Hohlraum in der Ho n-Welle (n = 1, 2, 3 ... ) erregt. Die Ab- messungen des quaderförrnigen Kastens bzw. des quaderförmigen Hohlrannies sind dabei so gewählt, daß die Eigenwellenlänge der betreffenden Hon-Welle mit der Betriebswellenläng-e Übereinstimmt. Der elektrische Vektor (i verläuft zwischen zwei seitlichen, Begrenzungsflächen des quäderförmigen .Hohlraunies parallel zu der Strahlungsdurchtrittsöffnung. Die Richtung des elektrischen Vektors e ist nun bei der Ho n-Hohlraumschwingung bekanntlich dadurch ausgezeichnet, daß man die Abmessung des Einzelstrahlers in seiner Richtung beliebig groß bzw. beliebig klein wählen kann, ohn-. Rücksicht auf die Abstimmung des Einzelstrahlers auf die Betriebswellenlänge. Gemäß der weiteren Erfindung werden die Einzelstrahler einer Mehrfachstrahleranordnung in Richtung dieser einen bevorzugten Abmessung, von der die Abstimmung der Einzelstrahler -unabhängig ist, aneinandergereilit. Auf diese Weise erreicht man, daß über den Ab- stand der Einzelstrahler einer Mehrfachstrahleranordnung auch bei Verwendung von Flächenstrahlern frei verfügt werden kann.
  • Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind sämtliche Einzelstrahler einer Mehrfachstrahleranordnung unter sich gleichartig und sind die Einzelstrahler unmittelbar ohne Zwischenraum zwischen den einander zugekehrten Flächen der Einzelstrahler aneinandergereiht. Es sind auch Ausiführungsbeispiele der Erfindung möglich, bei denen die Einzelstrahler unter sich nicht gleichartig oder bei denen die Einzelstrahler nicht unmittelbar aneinandergereiht sind. Wenn beispielsweise eine Richtstrahleranordnung nachträglich an bzw. in einem in seiner äuß eren Form vorgegebenen Ort bzw. Raum untergebracht werden soll, kann es vorkommen, daß es unmöglich ist, für sämtliche Einzelstrahler die gleiche Größe vorzusehen bzw. sämtliche Einzelstrahler unmittelbar aneinanderzureihen. Mit Vorteil wird dann von den erfindungsgemäßen FlächenstrahlernGebrauch gemacht, bei denen ja über eine Abmessung unabhängig von der Abstimmung frei verfügt werden kann. Hieraus ist auch ersichtlich, daß es in manchen Fällen von Vorteil ist, bei einer Sende- oder Empfangsanordnung,für - deren einzigen Strahler nur ein be- schränkter Raum zur Verfügung steht, einen Flächen- oder Hohlraumstrahler nach der Erfindung zu -verwenden, wenn eine gebündelte Strahlung erwünscht ist. Schließlich kann die Erfindung auch in Anwendung kommen bei Mehrfachstrahleranordnungen, deren Einzelstrahler aus Flächenstrahlern bestehen, die mit der Betriebswellenlänge -vergleichbare Strahlungsdurchtrittsöff n-ung'en oder größere Strahlungsdurchtrittsöffnunggen als die Be--triebswellenlänge aufweisen.
  • Die freie Wahl des Abstandes der Einzelstrahler einer Mehrfachstrahleranordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Aufgabe vorliegt, eine 'Mehrfachstrahleranordnuing zu schaffen, die in einem vorgegebenen Winkelbereich (Nutzbereich a = 2rro) Möglichst gleichmäßig strahlen soll und im übrigen Winkelbereich (Sperrbereich) ß = :2R - a 2 (R - 990) Möglichst wenig strahlen soll (vgl. hierzu die ,1#,bb. i). Wie die exakte Theorie zeigt, ergibt,die Lösung dieser Aufgabe in Abhängigkeit von den vorgeschriebenen Bedingungen Abstände für die Einzelstrahler, die kleiner als die Betriebswellenlänge, insbesondere gleich der halben oder gleich einem Viertel der Betriebswellenlänge sind.
  • Für die Lösung der genannten Aufgabe ist grundsätzlich unerheblich, ob übliche rundstrahlende Antennen ode r ob Flächenstrahlcir, also eine Vorbündelung aufweisende Einzelstrahl er der Rechnung zugrunde gelegt werden. Da sich J edoch der Gegenstandder Erfindung insbesondere auf die Anwendung von so-enannten Flächenstrahlern bei Mehrf achstrahleranordnungen richtet, sind den nachfolgend beschriebenen Anordnungen sogenannte Flächenstrahler bzw. Hohlraumstrahler zugrunde gelegt worden. Der Einfachheit halber ist nur der Winkelbereich cp #-- o bis (p = go' darg - estellt, da die Strahlung in dem Winkelbereich T = o bis (p = go' symmethsch zum ersten ist. Es wird je- doch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die in den Abb. 2 bis 4 dargestellten Diagramine sich an und für sich auch bei aus Linearantennen aufen gebauten Mehrfachstrahleranordnungen anwende lassen. Di ' e Frage, wie klein man die Nebenmaxima einerMLehrfachstrahleranordnung bei.vorgege4enem Nutzstrahlungsbereich machen kann, d.h. wie klein man die im Sperrbereich ausgesandte Strahlun,-,senergie machen kann, ist praktisch durch die unvermeidlichen Schwankungen der Amplituden der SpeiseströmederEinzelstrahler gegeben. Sieht man jedo - ch von der hierdurch gegeben-en unteren Grenze der Größe der Nebenmaxima einmal ab, dann liefert die exakte Theorie bei gegebener Anzahl von Einzelstrahlern eine Abhängigkeit'der Größe der Nebenmaxima, insbesondere der Größe des ersten Nebenmaximums von der Größe des vorgegebenen Nutzbereichs. Weiter liefert die, exakte Theorie, daß, Wenn ein bestimmter Nutzbereich vorgegeben wird, zur Erzielung kleinster Ausstrahlung im Sperrbereich bei gegebener Anzahl von Einzelstrahlern deren Speiseströme verschieden .groß zu wählen sind. An Hand der Abb. 2 bis 4 sollen diese Verhältnisse näher erläutert werden. -Abb :2 zeigt fünf verschiedene Strahlunn'scharakteristiken. In Funktion von dem Ausstrahlungswinkel qg (vgl. Abb. i) ist in Willkürlichen Einheiten die Strahlungsintensität 1 aufgetragen, die proportional dem Quadrat der elektrischen Feldstärke (2 ist. Dem Winkel p. ist die Strahlungsinte-nsität i zugeordnet. Der schon erwähnte Ausdruck Nutzbereich sei nachträglich dadurch definiert, daß er von der ersten Nullstelle links vom Hauptmaximum (- p., in der Ab- bildung nicht dargestellt) bis zur ersten Nullstelle rechts vom Hauptmaximum (in der Abbildung mit 9901, q-,02. . .- bezeichnet) reichen soll. Der Sperrbereich umfaßt den Winkelbereich 2R-29901 bzw. :2R-2q),2 USW, Die sämtlichen fünf Charakteristiken sind unter der Annahme einer Mehrfachstrahleranordnung von neun im Abstand 2.12 angeordneten Flächenstrahlern (a4', a3' . . . a. . . ._a4) errechnet worden, und zwar unter Erfüllung der Bedingung, daß die Nebenmaxima in den jeweiligen Sperrbereichen 2 R - 2 990" (» = 1,:2 ... 5) kleinstmögliche Werte annehmen, zn d. h., daß die Ausstrahlung in dein jeweiligen Sperrbereichen ein Minimum wird. Die zur Erzielung der kleinstmöglichen; Nebenmaxima notwendigen Amplituden A der Speiseströme der neun Einzelstrahler sind der Abb. 3 zu entnehmen. Wird z. B. ein Nutzbereich von 2 #o04 = 6o', also 99,4 = PO vorgegeben, dann beträgt die Größe des ersten Nebenmaximunis bzw. die Feldstärke des ersten Neben-Maximums rund i 1/o der des Hauptmaximums, -,Nenn die Amplituden der Speiseströme der Einzelstrahler entsprechend dem qg,)-Wert von 30' in der Abb. 3 gewählt werden. Wie aus der Abb. 3 ersichlich ist, sind die Speiseströme der Einzelstrahler a4p, aj . . . ao ... a4 verschieden groß, aber gleichphasig zu wählen, um für den vorgegebenen Nutzbereich Von 2 9904 = 6o' die kleinstmögliche Ausstrahlung im Sperrbereich ß = :2 R - 2 R 9904 7U erhalten. Der Speisiestrom des mittleren Strahlers ao ist am größten. Nach rechts und links nehmen die Amplituden der Speiseström-e der Einzelstrahler svmmetrisch ab. Es sei bemerkt, daß die in den Äbb.:2 und 3 dargestellten Kurven auf Grund von Berechnungen ermittelt worden sind, daß aber die errechneten Kurven die praktischen Verhältnisse sehr gut wiedergeben.
  • Der Abb. 2 entnimmt man noch, daß bei jeder Strahlungscharakteristik das erste Nebenmaximum zugleich das größte Nebenmaximurn ist. Nimmt man die Größe dieses ersten Nebenmaximums als Maß für die Ausstrahlung im Sperrbereich und bezeichnet diese Ausstrahlung als Sperrfehler der Mehrfachstrahleranordnung, so kann man den Sperrfebler in Beziehung setzen zur Größe des je- weiligen Nutzbereichs bzw. zur Größe des je- weiligen Sperrbereichs. Die Abb. 4 zeigt,diesen Zusammenhang zwischen dem vorgegebenen Nutzbereich und der Ausstrahlung im Sperrbereich, und zwar die Kurve a für neun im Abstand Al?, angeordnete Flächenstrahler und die Kurve b für fünf im Abstand 212- angeordnete Flächenstrahler. Man erkennt, :daß bei gleichem Sperrfehler, d. h. bei gleicher Ausstrahlung im Sperrbereich, mit einer Mehrfachstrahleranordnung von neun Einzelstrahlern sich ein wesentlich kleinerer. Nutzbereich erzielen läßt als bei einer Anordnung mit fünf Flächenstrahlern.
  • Die Abb. 5 a zeigt schließlich ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Aneinanderreihung der Einzelstraihler und die Speisiung der Einzelstrahler in der erfindungsgemäßen Weise vorgenommen ist. Als Einzelstrahler wird hierbei ein Flächenstrahler i in Kastenform verwendet. Wie Abb. 5 b im einzelnen erkennen läßt, besteht dieser Strahler aus einem quaderförtnigen Kasten mit,den Seitenlängen c, d, e, welche so bemessen. sind, daß der quaderförmige Hohlraum auf die Betriebswellenlänge abgestimmt ie.t. Die Vorderfläche :2 (Strahlungsdurchtrittsöffnung) des Kastens ist offen. Wird ein derartiger Kasten in einer H",-Welle, beispielsweise in der H,17Welle, erregt, dann verlaufen.,die elektrischen Feldlinlen (2 senkrecht zu.,einem Paar der seitlichen Begrenzungsflächen des Kastens. Es wird angenommen., daß -der quaderförmige Hohlraum bei-.spielsweise so erregt ist,,daß,die elektrischen Feldlinien (i senkrecht zu den beiden Seitenflächen d, e, also in Richtung der Kante c verlaufen.
  • Die Kopplung des Strahlers, i mit einer Energieleitung kann. beispielsweise durch einen Schlitz 4 vorgenommen werden, welcher in der der Strahlungsdurchtrittsöffnung gegenüberliegenden Rückwand 3 des Kastens i vorgesehen ist und welcher sich mit einem entsprechenden Schlitz in der Außenwandung einer rohrföTmigen Energieleitung 5 deckt. Die rohrförmige Energieleitung 5 kann mit oder ohne Innenleiter ausgeführt sein. In dem inder Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Energieleitung ohne Innenleiter vorgesehen.
  • Neun Einzelstrahler i der beschriebenen Art sind in Abb. 5 a zu einer Mehrfachstrahleranordnung vereinigt. Erfindungsgemäß sind die Einzelstrahler i in Richtung der Kante c aneinandergereiht. Die Abmessung ein-es kastenförmigen Strahlers in Richtung der Kante c beträgt, wie in der Abbilldung-angedeutet, 2. Dadurch, daß die einzelnen kastenförmigen Strahler i unmittelbar aneinandergereiht sind, beträgt auch der Abstand je zweier Einzelstrahler A. - Gemäß der weiteren Erfindung erfolgt die Speisung der Einzelstrahler der dargestellten Mehrfachstrahleranordnung gemäß einem Diagramm entsprechend der Abb. 3. Die Amplituden, der Speiseströme sind also verschieden groß, jedoch gleichphasig zu wählen. In einfacher und vorteilhafter Weise kann dies da-durch erreicht werden, daß man die im Abstand der Betriebswellenlänge voneinander angeordneten Kopplungsschlitze4 verschieden groß macht. Zweckmäßig ist es, die Schlitze 4 nach Art einer Irisblende verstellbar auszubilden. Man kann dann mit ein und derselben Mehrfacl#strahleranordnung verschieden große Nutzbereiche der Strahlung mit kleinstmöglicher Ausstrahlung im Sperrbereich einstellen.
  • Die Kopplung der Einzelstrahler mit der Energieleitung 6 kann auch über stabförtnige Antennen, deren Länge gegebenenfalls verstellbar ist und idie in den Feldraum der Energieleitung hineinragen, vorgenommen werden. Es ist auch nicht erforderlich, daß die Einzelstrahler unmittelbar an ein und dieselbe Energieleitung angeschlossen sind. Beispielsweise können für die Einzelstrahler An7-schlußstellen. bzw. Abzweigleitungen oder Teilenergieleitun#gen, vorgesehen werden. Im besonderen wird man Teilenergieleitungen dann anwenden, wenn die Einzelstrahler in Abständen der halben Betriebswellenlänge voneinander angeordnet sind und diese demzufolge gleichphasig zu speisen sind. Die Einzelstrahler können dann nicht unmittelbar an eine gemeinsame Energieleitung angeschlossen werden, weil sonst gegenphasige Speisung auftreten würde. Durch:die Bemessung der Länge der Teilenergieleitungen, gegebenfalls unter Zuhilfenahme von Umwegleitungen, läßt sich dann gleichphasige Speisung der Einzelstrahler erreichen. Die Dosierung der Speiseströme wird zweckmäßig an der bzw. an den Verzweigungsstellen selbst vorgenommen. Mit Vorteil bildet man die Teilenergieleitungen biegsam aus und trifft die Ein' richtung so, daß jeder Kastenstrahler in Richtung der Seitenkante c symmetrisch zur.Kopplungsstelle verstellbar ist. Auf einfache Weise lassen sich dann Mehrfachstrahleranordnungen. mit veränderbaren Abständen und Abmessungen der Einzelstrahler zusammenstellen.
  • Schließlich kann die Mehrfachstrahleranordnung so aufgebaut sein, daß ein an der Vorderseite offener Metallkasten vorgesehen ist, in den entsprechend der gewünschten Anzahl von Einzelstrahlern metallische Zwischenwände in vorgegebenen Abständen eingesetzt weriden. Zweckmäßig dient dann zur Speisung der Einzelstrahler eine gemeinsame Energieleitung, so wie es Abb. 5 a zeigt. Ist ein bestimmter Nutzstrahlungsbereich und eine bestimmte obere Grenze für die im Sperrbereich auftretende Streustrahlung vorgeschrieben, dann wird man, was man den Abb. 2 bis 4 entnehmen kann, so viele Zwischenwände bzw. so viele Einzelstrahler vorsehen, daß mit ider geringstmöglichen Anzahl von Einzelstrahlern, ;d. h. mit dem geringstmöglichen Aufwand die vorgeschriebene Strahlungscharakteristik erzielt wird.
  • Es ist von Bedeutung, darauf hinzuweisen, daß zwar auch mit einem einzigen Kastenstrahler der Abmessung n - #/:2 oder n - 44 in der c-Richtung (vgl. Abb. 5) eine gute Bündelung der Strahlung erreicht wird. Unterschiedlich von der erfindungsgemäßen Mehrfachstrahleranordnung weisen aber indiesem Fall die Nebenmaxima eine beträchtliche Größe auf. Bei gleicher räumlicher Ausdehnung ermöglicht also die- Erfindung die Herabsetzung der in (den meisten Fällen störenden Strahlungs-. nebenmaxima einer Richtstrahleranordnung.
  • Selbstverständlichkönnen auchMehrfachstrahleranordnungen mit gera-dzahliger Anzahl von Einzelstrahlern in der erfindungsgemäßen Weise aneinandergereiht und üspeist werden. Auch kann der Abstand je zweier Einzelstrahler größer oder kleiner als #/:2 gewählt werden. Wird der Abstand je zweier Einzelstrahler insbesondere gleich 44 gewählt, dann hat man, wie schon bemerkt, die Einzelstrahler gegenphasig zu speisen. Für die Abstände der Einzelstrahlerkönnen auch Werte, die von den Werten AI:2, A/4, A/8 usw. abweichen, vorgesehen sein, Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre ist nicht auf die in den Abb. 5 a und 5 b gezeigten kastenförmigen Strahler beschränkt. Es können auch anders geformte räumliche Flächenstrahler und auch mit Reflektoren ausgestattete Linearantennen als Einzelstrahlerelemente in Anwendung kommen. Wesentlich ist nur, daß die erregte Wellenform und die Abstimmung des Strahlers bzw.,des Reflektors auf die Betriebswellenlänge unabhängig von einer Abmessung des Strahlers bzw. des Reflektors sind und daß die Strahler bzw. die Reflektoren in Richtung dieser bevorzugten Ab- messung aneinandergereiht werden. Beispielsweise können die Einzelstrahler von Hohlzylindern mit kreisförmigern Querschnitt gebildet werden. In Abb. 6 ist ein derartiger Einzelstrahler schematisch dargestellt. Die elektrischen Feldlinien CJ verlaufen hier in axialer Richtung. Ein Teil, zweckmäßig, wie in der Abbildung dargestellt, die Hälfte der Mantelfläche, ist frei von metallischer -Belegung. Dieser freie Teil bildet die Strahlungsdurchtrittsöffnung. In axialer Richtung werden, die Einzelstrahler aneinandergereiht. Die Kopplung der Einzelstrahler mit einer Energieleitung kann auch hier mittels Kopplungsspalte oder Kopplungsschlitze vorgenommen werden, die zweckmäßig an dem Teil der Mantelfläche, welcher der Strahlungsdurchtrittsöffnung gegenüberliegt, angebracht werden. jedem Einzelstrahler kann auch eine Abzweigleitung bzw. eine Teilenergieleitung zugeordnet werden!.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispi-el der Erfindung ist schematisch in der Abb. 7 dargestellt. Als Einzelstrahler sind hier wieder quaderförmige Kastenstrahler vorgesehen. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Abb. 5 betragen jedoch hier die Abmessungen der Einzelstrahler in der Richtung, in der diese aneinandergereiht sind (in der (2-Richtung), eine halbe Betriebswellenlänge. Die Einzelstrahler sind ohne Zwischenraum zwischen ihren einander zugekehrten Seitenflächen aneinandergereiht. Wie bereits weiter oben au.sgeführt ist, sind auch hier, ebenso wie im Fall von im einfachen Abstand der Betriebswellenlänge voneinan-der angeordneten Strahlern, die Strahler gleichphasig zu speisen.
  • Zur Erzielung der gleichphasigen Speisung der Ein7eIstrahle-r, die in der Abbildung mit 6 bezeichnet sind, kann, wie die Abbildung zeigt, beispielsweise so vorgegangen werden, daß zwei Teilenergieleitungen 8 und 9 an eine Hauptenergieleitung 7 angeschlossen werden. Der Abstand der beiden parallel zueinander und senkrecht zu der Hauptenergieleitung 7 verlaufenden Teilenergieleitungen 8 und. 9 beträgt ),12. Durch die Umwegleitung 7", deren elektrische Länge, wie in der Ab- bildung angedeutet, gleich ;# ist, werden die Anschlußpunkte der beiden Teilenergieleitungen 8 und 9 an die Hauptenergieltitung 7 in die (elektrische) Entfernung 2. voneinander gebracht. An die beiden Teilenergieleitungen 8 und 9 sind Stichleitunge#n io und ii angeschlossen. Die Stichleitungen io sind unter sich ebenso wie die Stichleitungen i i unter sich im Abstand A voneinander angeordnet. Der Abstand einer Stichleitung io von der darauffolgenden Stichleitung ii beträgt demnach AI:2. Die Länge jeder Stichleitung io ist gleich A12, die jeder Stichleitung i i gleich A. Wie man sich leicht klar macht, sind bei derartiger Ausbildung der Speiseenergieleitungen an den Endpunkten der Stichleitungen io und ii die Speiseströme miteinander in Phase, obwohl die EntfernungderEndpunkte zweier aufeinanderfolgender Stichleitungen A12 beträgt. Die angegebenen Ab- stände und Entfernungen können auch gleich 11 Y2 bzw. gleich n - # gewählt werden. - Die Ankopplung der kastenförmigen Einzelstrahler 6 an die Stichleitungen i o und i i geschieht abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 derart, daß die Endpunkte der Innenleiter der Stichleitungen mit Bändern 12 verbunden werden, die in geringem Abstand von den Grundflächender Einzelstrahler und in Richtungder Aneina,nderreihung der Einzelstrahler verlaufen. Die Breiteder Bänder 12 ist geringer als die Breite der Grundflächen der Ein7elstrahler; sie entspricht der Breite einer üblichen Doppelbandleitung. Die Bänder 12 bilden mit den ihnen gegenüberliegenden 'feilen der Grundflächen der Einzelstrahler sozusagen Kopplungsresonatoren. Die Kopplungsstellen der Stichleitungen mit den Einzelstrahlern werden von den Endpunkten der Stichleitungen vorher an die freien Enden der Kopplungsresonatoren verlegt. Wesentlich ist hierbei, daß durch die Kopplungsresonatoren erzwungen wird, daß die elektrischen Feldlinien e der Kastenstrahler in der Richtung der Bänder 12" d. h. in der Richtung der Aneinanderreihung der Einzelstrahler verlaufen. Die Bänder 1:2 ermöglichen es also, idie Einzelstrahler in der gewünschten Wellenform anzuregen. Bei genügend kleinem Abstand der Bänder 12 von den Grundflächen der Einzelstrahler wird die Strahltungscharakteristik der Einzelstrahler nicht merkbar beeinflußt. Zur Dosierung der Energie der Einzelstrahler sind, wie in der Abbildung bei 13 und 14 angedeutet ist, die Innenleit-er der Stichleitungen io und ii nicht galvanisch mit den Innenleitern der Teilenergieleitungen, 8 und 9, sondern kapazitiv verbunden, und zwar derart, daß der Gräd der Kopplung durch die Änderung der Abstände zwischen den Innenleitern verändert werden kann. Die Hauptenergieleitung 7 ist so, abgestimmt, daß bei stehender Welle die Anschlußstellen der Teilenergieleitungen sich in Strombäuchen befinden. Die Anschlußstellen der Stichleitungen io und i i an die Teilenergieleitungen 8 und 9 befinden sich ebenfalls in Strombäuchen.
  • In der Abb. 7 sind nur drei Einzelstrahler 6 dara S be tellt. Die Anzahl der Einzelstrahler einer derartigen Mehrfachstrahleranordnung kann selbstverständlich beliebig groß gewählt werden. Die Speisting der Einzelstrahler ist auch hier entsprechend einem Diagramm, wie es die Abb. 3 fÜr neun im Abstand #/-- voneinander angeordnete Einz#elstrahler zeigt, vorzunehmen. Ähnliche Diagramme erhält man auch für Mehrfachstrahleranordnungen, deren Einzelstrahler in Abständen, die kleiner als die halbe- Betriebswellenlänge sind, voneinander angeordnet werden.-Der Erfindungsgegenstand wird mit Vorteil, z. B. bei derelektrischen Nachrichtenübermittlung, in all den -Fä21 angewandte #vo es darauf ankommt, in einem. vorgegebenen Winkelbereich möglichst gleichmäßig und im giesamten übrigen Bereich möglichst wenig zu strahlen. Die Erzeugung von Funkbaken stellt ein weiteTes vorteilhaftes Anwendungsgebietder Erfindung dar. - Mit -besonderem Vorteil wird beim Erfindungsgegenstand. als Eintzelstrahler ein Flächenstrahler (Uph,lkörper-)_ verwendet, der so bemessen ist, daß er bzw. seine Tiefe einer einzigen Viertelwellenlänge# &,r Betriebsfrequenz äquivalent ist. _ (Längs des-'Randes ,der Strahlungsdurchtrittsöffnung befindet sich ein Spannungsbauch bzw. Stromknoten für die Betriebswellenlänge.) Bei den bevorzugten Au.#führungsformen (der Erfindung wird die Ein-' richtung so getroffen-, daß die Flärchen des Einzelstrahlers unmittelbar zum Aussenden bzw. Empfangen der Strahlungsenergie dienen, d. h. es wird die Kopplung zwischen dem Flächenstr#hler und &in Sende- und/oder Enipfangsorgan bzw. einer dorthin führenden Energieleitung so ausgebildet,' daß durch das Kopplungsorgan nicht eine direkte Strahlung entsteht, wie es der Fall ist,- kann in einem -Parabolspiegel unter Zugrundelegung der optischen Gesetze --in Dipol angeordnet ist, so daß zwischen Dipol undParabolspiegel eine Strahlungskop . plung - besteht. Um zu erreichen, daß der Flächenstrahler unmittelbar Strahlungsenergie aussendet -bz"vr. empfängt, kann eine Kopplung verwendei werden, wie sie im Ausführungsbeispiel nach der Abb. 7 angegeben ist. Eine andere oben schon erwähnte, in vielen Fällen besonders günstige Ausführungsform besteht in der Kopplung durch einen Kopplungsschlitz (Abb. 5, 6). Der Kopplungsschlitz ist in der Energieleitung und in der Wandung des Flächenstrahlers zweckmäßig derart vorgesehen, daß# er sich mit seiner größeren Ausdehnung senkrecht zur Richtung des Flächenstromes der Energieleitung bzw. des Flächenstrählers erstreckt. Die. andere Abmessung des ICopplungs,2 schlitzes ist #dabei klein gegen die erstgenannte Ab- messung.
  • Um die erfindungsgemäße Aneinanderreihung von Einzelstrahlern zu einem Gruppenstrahler günstig zu gestalten, können grundsätzlich -als Einzelstrahler Flächensitrahler verwendet werden, bei denen die elektrischen- Feldlirm-«en zwischen parallelen ebenen Metallflächen verlaufen. Bevorzugte Ausführungsformen sind bereits in den -Abb. 5 und 6 dargestellt, und zwar für den Fall, daß die Flächenstrahler zum unmittelbaren Aussenden bzw. Empfangen der Strahlungsenergie dien-en. Bei diesen Ausführungsheispielen (Abb. 5, 6) besitzen die - erwähnten parallelen ebene'n Platten einen rechteckigen bzw. kreisförmigen Querschnitt. Statt dessen känn in manchen Fällen -auch eine andere Qüerschftittsform, z. B. eine parabolische Q.#erschnittsform, Anwendung finden. Der Einzelstrahler hat dann -die Gestalt eines parabolischen Zylinders, in dessen Achsenrichtung die elektrischen Feldlinien e verlaufen. Durch Wahl seiner- Querschnittsabmessungen ist dann der paraböl-ische Zylinder auf die Betri-ebsfrequenz ab-zustimmen. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Einzelstrahler auch dadurch angeregt werden, daß ein elektrischer Dipol in seinem Innern angeordnet ist, derart, daß er sich in Richtung der elektrischen Feldlinien, also in Achsenrichtung erstreckt. Hierbei wäre indessen die direkte Strahlung durch den Dipol- in Kauf zu nehmen. Das letztere wird allerdings in der Mehrzahl der Fälle zweckmäßig vermieden, und zwar indem man z. B. eine Kopplung wählt, wie sie inder Abb. 7 dargestellt ist, bei der der zur Ankopplung , bzw. zur Schaffung eines Kopplungsresonators dienende Leiter i:2,derart ausgebildet und an-geordnet ist (in, unmittelbarer Nachbarschaft der Rückwand des Flächenstrahlers), daß er praktisch keine direkte Strahlung bewirkt.
  • Es ist weiter oben schon darauf hingewies'en worden, daß beim Erfindungsgegenstand mit besonderem Vorteil als Einzelstrahler ein Flächenstrahler verwendetwird, dessen Tiefe einer einzigen Viertelwellenlänge Z äquivalentist. Aus derartigen Itinzelstrahlern aufgebaute Mehrfachstrahleranordnungen zeichnen sich durch kleine, räumliche Aus,-dehnung aus. Weiter weisen Mehrfachstrahleranordnungen dieser Art keine `unerwünscht große (Frequenz-) Selektivität auf. Kleine Änderungen der Betriebswellenlänge A sind also zulässig, Ein Einzelstrahler, dessen Tiefe (:2 11, + 1) 2/4 äquivalent ist, besitzt nämlich eine höhere Selektivität als ein Einzelstrahler, dessen Tiefe nur einem einzigen Viertel der Wellenlänge A äquivalent ist.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE:-i. Mehrfachsträhleranordnung zum gerichteten Senden und/oder Empfangen ultrakurzer elektromagnetischer Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlängengebietes, unter Verwendung von auf die 132-triebswellenlänge abgestimmten Flächen- bzw. Hohlraumstrahlern als Einzelstrahler, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler so geformt, bemessen und erregt sind, daß eine Ab-,-Messung jedes Einzelstrahlers ohne Einfluß auf, denWellentyp und. auf die Abstimmung auf die Betriebs-w-ellen'lä'ng--- ist und daß die Einzelstrahler in Richtung dieser einen Abinessung aneinanderger-eiht sind. :z. Mehrfachst#ahleranordliÜrrg nach Anspruch i, #dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Abmessung, in der die Einzelstrahler aneinandergereiht sind, der elektrischeVektor e verläuft (Abb. 5 und 6). 3. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i oderjund 2, dadurch gekennzeichnet daß die Abmessung jedes der Einzelstrahler in der Richtung, in welcher die Einzelstrahler aneinan-dergereiht werden, gleich oder kleiner als #die h#Ibe Betriebswellenlänge, z. B. gleich einem Viertel der Betriebswellenlänge ist und daß die Einzelstrahler vorzugsweise unmittelbar aneinandergesetzt sind. -1. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch 3 mit im Abstand 212 voneinander an-'geordneten Einzelstra-hlern, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler ' gleichphasig mit verschieden großen Speiseströmen gespeist sind. 5. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch3 mit im Abstand;,/4 voneinander angeordneten Einzelstrahlern, dadurch gekennzeichnet, daß -,die Einzelstrahler abwechselnd gegenphasig und mit ihren absolut-en Beträgen nach verschieden großen Speiseströmen gespeist zn ZD sind. 6. Mehrfachstrahleranordnung nach An-Z-, spruch i bis 5 oder einem derselben, dadurch , zennzeichnet, daß die Zahl der Einzelstrahler, gek deren Abstand und deren Speiseströme nach Amplitude und Phase so bemessen sind, daß in einem vorgegebenen Winkelbereich (Nutzbereich) die Ausstrahlung möglichst gleichmäßig ist und daß im übrigenWinkelbereich (Sperrbereich) die kleinstmöglicheAusstrahlung auftritt. 7. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i bis: 6 oder einem derselben" dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler mittels Kopplungsschlitze oder Spalte von einer ge7 meinsamen Energieleitung aus gespeist werden. 8. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i bis 6 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler über Stabantennen, die in den Feldraum einer ge- meinsamen Energieleitung hineinragen, gespeist sind. g. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i bis: 6 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelstrahler mit einer Abzweigleitung oder Teilenergieleitung gekoppelt ist. io. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i bis 9, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dosierung der Speiseströme der Einzelstrahler die Kopplungsschlitze bzw. die Stabantennen verstellbar ausgeführt sind. ii. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dosierung der Speiseströme der Einzelstrahler die Teilenergieleitungen, die vorzugsweise in einem Verzweigungspunkt an eine gemeinsame Energieleitunig angeschlossen sind, verschieden große Leitungsströme führen. 12. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch solche Formgebung der Einzelstrahler, daß die elektrischen Feldlinien zwischen parallelen ebenen Metallflächen verlaufen. 13. Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelstrahler quaderförmige Flächen- bzw. Hohlraumstrahler (Kastenstrahler) vorgesehen sind (Abb. 5). 14- Mehrfachstrahleranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelstrahler zylindrische Flächen- bzw. Hohlraumstrahler vorgesehen sind (Abb. 6). 15- Mchrfachstrahleranordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, insbesondere nach Anspruch 7 oder io, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise unmittelbar die Strahlungsenergie aussendende oder empfangen#de Einzelstrahler derart bemessen ist, ,daß er bzw. seine Tiefe einer einzigen Viertelwellenlänge der Betriebsfrequenz äquivalent ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2981949A (en) * 1956-09-04 1961-04-25 Hughes Aircraft Co Flush-mounted plural waveguide slot antenna

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