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Strahleranordnung für ultrakurze Wellen Die Erfindung bezieht sich
auf Strahleranordnungen für ultrakurze Wellen, vorzugsweise des Dezimeter- oder
Zentimetergebietes.
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Zur Erzielung einer gerichteten Strahlung verwendet man vielfach einen
sog. Gruppenstrahler z. B. von der Art, daß in einer beispielsweise horizontalen
Reihe eine Mehrzahl von Einzelstrahlern angeordnet sind, die vorzugsweise von einer
gemeinsamen Energieleitung gleichphasig erregt werden und auf Grund des Interferenzprinzips
derart zusammenwirken., daß sich senkrecht zu der Ebene, in der die Strahler oder
deren Öffnungen liegen, ein, Straihlungsrnaximum (Maximum) ergibt. Vorzugsweise
werden beim Erfindungsgegenstand als Einzelstrahler der Gruppe sog. abstrahlende.
Flächen (Flächenstrahler) verwendet. Dieses bietet den Vorteil, daß durch den Flächenstrahler,
welcher vorzugsweise die Form eines Rotationsparaholoids oder eines parabolischen
Zylinders hat, eine Vorbündelung bewirkt wird und nun die durch die Vorbündelunggeschaffenen
Strahlenbündel der verschiedenen Flächenstrahler nach dem Interferenzprinzip zusammenwirken.
Die Abmessungen, des Flächenstrahlers (Durchmesser bzw. Länge und Breite der Öffnung)
werden in vielen Fällen zweckmäßig so gewählt, daß sie gleich oder größer als die
auszusendende bzw. zu empfangende Wellenlänge sind, insbesondere das Doppelte dieser
Wellenlänge betragen. Die Flächenstrahler eines Gruppenstrahlers sind dann an: der
gemeinsamen Energieleitung in einem mittleren Abstand von der doppelten Wellenlänge
angeordnet. Sie werden gleichphasig erregt und: geben daher ein Hauptstrahlungsmaximum
senkrecht zu der Ebene, in der die Öffnungen der Strahler liegen:. Hierbei treten
nun aber infolge des Abstandes von der doppelten Wellenlänge Nebenmaxima in dem
Strahlungsdiagramm auf. Insbesondere zeigt sich außer einem
kleineren
Nebenmaximum bei etwa . io° ein. bedeutend stärkeres bei etwa 30°. Gegenstand der
Erfindung ist, ein störendes Nebenmaximum, das z. B. bei der Erzeugung von Leitlinieni
oder der Markierung von Fahrstraßen irreführend wirken könnte,-nach Möglichkeit
zu unterdrücken.
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Erfindungsgemäß werden zwei Gruppenstrahler vorgesehen, deren Strahler
derart gegeneinander versetzt sind, daß wenigstens ein von dem einen Gruppenstrahler
erzeugtes Nebenmaximum durch die Wirkung des anderen Gruppenstrahlers in der aus
beiden. Gruppenstrahlern resultierenden Strahlungscharakteristik in Fortfall kommt
oder zumindest wesentlich. .geschwächt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsfarm
der Erfindung ist die Einrichtung so getroffen,. daß die Flächenstrahler der Gruppenstrahler
in gleichem gegenseitigemAbstand innerhalb der Gruppe vorgesehen sind und die beiden
Gruppen zwei parallele Reihen von Stralilern bilden, deren Öffnungen in einer Ebene
liegen, und daß die Strahler des einen Gruppenstrahlers in Richtung der Reihe gegenüber
den Strahlern des anderen Gruppenstrahlers um einen geeigneten Abstand versetzt
sind, der zweckmäßig die Hälfte des gegenseitigen Abstandes zweier Strahler einer
Gruppe beträgt und vorzugsweise die Größe einer Wellenlänge besitzt.
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In den Abb. i bis 3 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Bei einer Anordnung nach der Abb. i besteht der Gruppenstrahler i
aus fünf Flächenstrahlern, deren jeder mit 3 bezeichnet ist. Es handelt sich um
eine lineare Gruppe von Flächenstrahlern in einer horizontalen Reihe. Die Öffnungen
der Flächenstrahler liegen in einer vertikalen Ebene. Der mittlere Abstand zweier
Flächenstrahler der Gruppe i voneinander beträgt, wie in der Abb. i links oben angedeutet,
die zweifache Wellenlänge. Die Flächenstrahler 3 werden von einer gemeinsamen. konzentrischen
Energieleitung gespeist, deren Innenleiter mit 4 und deren Außenleiter mit 5 bezeichnet
ist. Zur Kopplung jedes der Flächenstrahler 3 mit der konzentrischen Energieleitung
4, 5 dient eine konzentrische Stichleitung mit dem Innenleiter 6 und dem Außenleiter
7. Jede der Stichleitungen ist an ihrem oberen Ende strahlungsdicht galvanisch durch
eine Metallscheibe abgeschlossen. Das andere Ende des. Außenleiters 7 jeder Stichleitung
mündet auf einen Ausschnitt des Außenleiters 5 der Hauptspeiseleitung und ist mit
dem Außenleiter 5 galvanisch verbunden. Der Innenleiter 6 jeder Stichleitung ragt
mit einem kleinen, in der Zeichnung kaum erkennbaren Stück in den Feldraum der Hauptspeiseleitung
4, 5 hinein. Hierdurch wird die Ankopplung der Stichleitung an die Hauptspeiseleitung
bewirkt. Jeder Flächenstrahler ist an eine Öffnung im Außenleiter der Stichleitung
galvanisch angeschlossen, so daß sein. Feldraum mit dem Feldraum der Stichleitung
kommuniziert und der Flächenstrahler direkt, unter Vermeidung eines Strahlungsdipols,
durch die Flächenströme des Außenleiters 7 der Stichleitung erregt wird. Diese Ankopplung
eines Flächenstrahlers an eine konzentrische Energieleitung mittels Spaltöffnung
im Außenleiter ist in, den genannten älteren Erfindungen näher beschrieben. Die
Flächenstrahler 3 haben. die Form eines parabolischen Zylinders mit horizontaler
Achse. Außer dem Gruppenstrahler i ist nun ein zweiter Gruppenstrahler 2 vorgesehen,
dessen Flächenstrahler 3' in einer horizontalen Reihe unter dem Gruppenstrahler
i liegen. Die Flächenstrahler 3' des Gruppenstrahlers 2 sind in, .gleicher Weise
wie die Flächenstrahler 3 des Gruppenstrahlers i über Stichleitungen an die konzentrische
Hauptspeiseleitung 4, 5 angeschlossen. Die Abmessungen der Flächenstrahler 3' des
Gruppenstrahlers 2 sind identisch mit den Abmessungen der Flächenstrahler 3 des
Gruppenstrahlers i. Die Stichleitungen 6', 7' und die Flächenstrahler 3' des Gruppenstrahlers
2 sind so angeordnet, daß die Öffnungen der Flächenstrahler 3' des Gruppenstrahlers
2 mit den Öffnungen der Flächenstrahler 3 des Gruppenstrahlers i in ein und derselben,
in dem, bezeichneten Ausführungsbeispiel vertikalen Ebene liegen. Wenn von der Öffnung
eines Flächenstrahlers gesprochen wird, so ist immer diejenige Öffnung gemeint,
aus der die Strahlung heraus abgestrahlt wird (Strahlungsöffnung).
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Die Flächenstrahler 3' des Gruppenstrahlers 2 sind nun, wie aus der
Abbildung ersichtlich, in Richtung der horizontalen Reihe umn einen eine Wellenlänge
betragenden Abstand gegen die Flächenstrahler 3 des Gruppenstrahlers i versetzt.
In Anbetracht der Identität der beiden Gruppenstrahler i, 2 kann man auch kurz sagen,
daß der Gruppenstrahler 2 gegen den Gruppenstrahler i in der horizontalen Richtung
um eine Wellenlänge versetzt ist. Aus Symmetriegründen besitzt der Gruppenstrahler
2 nur vier Flächenstrahler. Die gesamte Stroh leranordnung besteht also aus neun
einzelnen Flächenstrahlern..
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Die beschriebene Anordnung bietet den. erheblicheni Vorteil, daß bei
30° ein Nebenmaximum nicht mehr auftritt, sondern nur noch das ganz erheblich kleinere,
etwa 4% betragende Nebenmaximum. bei io°. Außerdem bietet die beschriebene Anordnung
den Vorteil einer schärferen Vertikalbündelung, was auf das Zusammenwirken der beiden
übereinander angeordneten Gruppenstrahler zurückzuführen ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Abb. 2, die
auf Grund der Abb, i ohne weiteres verständlich ist. Bei der Anordnung nach der
Abb.2 sind an eine vertikale Hauptenergieleitung g, io zwei Nebenenergieleitungen
(Stichleitungen.) angekoppelt. Jede Nebenenergieleitung dient zur Speisung von zwei
oder mehreren Flächenstrahlern.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden mehrere der in
den Abb. i oder 2 dargestellten Strahlergruppen zu einem Gesamtstrahler vereinigt.
Durch diese Maßnahme gelinägt es, weitere vorhandene störende Nebenmaxima zu beseitigen;
vor allem das schon erwähnte, bei io° liegende Nebenmaximum, welches zwar nur das
o,o47fache
des Hauptmaximums beträgt, aber trotzdem noch von störendem
Einfluß sein kann.
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Bezeichnet man den Winkel, unter welchem ein Nebenmaximum auftritt,
mit 9"n, so gilt
worin. an die Zahl der Flächenstrahler des ursprünglichen Gruppenstrahlers ist (in
Abb. i : m = 5), d der Abstand von, zwei benachbarten Flächenstrahlern eines Gruppenstrahlers
ist.
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Ein störendes Nebenmaximum kann nun dadurch beseitigt werden, daß
man eine zweite, der ersten gleiche Strahlergruppe mit der ersteren derart vereinigt,
daß die Mittelpunkte der beiden Strahlergruppen senkrecht zur Ausstrahlrichtung
und parallel zu den Strahlerreihen der Gruppenstrahler einen Abstand D voneinander
haben, wobei
ist. Dann hat die Charakteristik
des Gesamtstrahlers, welcher aus den ursprünglichen Gruppen mit je 7n Strahlern
besteht, für den Winkel 99, eine Nullstelle. Das betreffende -Nebenmaximum wird
also vollständig unterdrückt.
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Ein Ausführungsbeispiel für diesen Fall ist in der Abb.3 dargestellt.
Von einer Beschreibung dieser Anordnung im einzelnen kann abgesehen werden, da sie
auf Grund der Abb. i undi z ohne weiteres zu verstehen ist. Um einen geeigneten
Abstand D versetzt, ist unter einer aus zwei Gruppenstrahlern i, 2 (gemäß Abb. i)
bestehenden Anordnung eine entsprechende Anordnung angebracht, die aus den, beiden
Gruppenstrahlern i', 2' besteht. Die notwendigen Abstände D, die meist ein krummes
Vielfaches einer Wellenlänge sein werden, kann man konstruktiv in einfacher `''eise,
z. B. durch schräge Ankopplung der Energieleitung jedes Gruppenpaares an die Hauptenergieleitung,
erreichen, wie dieses in Abb,. 3 dargestellt ist. Die Hauptenergieleitung ist dort
mit ii bezeichnet. Sie wird ihrerseits zweckmäßig von einer oder gegebenenfalls
mehreren Röhren. mit Hohlrau.mr-esonator gespeist. Das gleiche gilt auch bezüglich
der Anordnung nach den Abb. i und 2 wie für Anordnungen nach der Erfindung überhaupt.
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Durch wiederholte Amvendung der beschriebenen Maßnahme lassen sich
noch weitere Nebenmaxima beseitigen. Es entsteht auf diese Weise ein Gesamtstrahler,
bestehend aus n Strahlergruppen mit je an Einzelstrahlern, in dessen. Strahlungscharakteristik
(n - i) Nebenmaxima des einzelnen Gruppenstrahlers unterdrückt sind.
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Die einzelnen Strahler brauchen. nicht notwendig Flächenstrahler zu
sein, sondern können. z. B. aus den linearen Strahlern bestehen, die gegebenenfalls
in je einem vorzugsweise parabolischen Reflektor angeordnet sind. Jedoch ist die
Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme in Verhindung mit Flächenstrahlern von
ganz besonderem Vorteil, und zwar schon deswegen, weil der Flächenstrahler eine
Vorbündelung schafft, die nicht, wie bei Reflektoren. mit Strahlungsanregung durch
eine darin, befindliche Antenne, durch die direkte Ausstrahlung einer solchen Antenne
gestört wird.
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In den geschilderten Ausführungsbeispielen. der Erfindung ist vorzugsweise
der Fall dargestellt, daß sich die Flächenstrahler in horizontalen Reihen befinden.
Es liegt im Rahmen. der Erfindung, statt dessen z. B. vertikale oder im Raum geneigt--,
Strahlerreihen zu verwenden. Nichtsdestoweniger sind Anordnungen mit horizontalen
Strahlerreihen eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Besondere Anwendungsgebiete des Erfindungsgegenstandes sind die Erzeugung
von Leit- oder Landelinien und die Markierung von Fahrstraßen.