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Aus Hohlleitern aufgebauter Längsstrahler Die Erfindung betrifft aus
Hohlleitern aufgebaute Längsstrahler, die eine gebündelte Abstrahlung elektromagnetischer
Wellen in Leitungsrichtung ermöglichen. Unter Längsstrahler wird hierbei eine Antennenanordnung
verstanden,, bei der .die Strahlerelemente in Richtung der Strahlung nacheinander
angeordnet sind. Bekannte Ausführungsformen für einen Längsstrahler sind, beispielsweise
Rhombusantennen, Stielstrahler oder sogenannte Yagi-Antennen.
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Es sind aus Hohlleitern aufgebaute Strahler bekannt, bei .denen in
den Begrenzungsflächen der Hohlleiter Schlitze angebracht sind, durch welche ,die
im Hohlleiter fließende elektromagnetische Energie senkrecht zur H.ohlleiterbegrenzungsfläche
abgestrahlt wird. Durch Zusammenwirken mehrerer solcher indemseliben Hohlleiter
vorhandener Schlitze (Strahlerflächen) kann eine Richtwirkung für die senkrecht
zur Hohlleiterrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Wellen erzielt werden.
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Im Gegensatz zu der obenerwähnten. Ausführung werden bei dem aus einem
Hohlleiter aufgebauten Längsstrahler die Strahlerelemente gemäß der Erfindung .durch
räumlich an verschiedenen Stellen liegende, vorzugsweise senkrecht zur Leitungsachse
stehende Strahlerflächen gebildet, die durch sprunghafte Querschnitts.änderungen
des Hohlleiters entstehen. Hierzu können Hohlleiter beliebigen Querschnitts verwendet
werden. Die Hohlleiter können vorzugsweise stufenförmig abgesetzt in einem, Hohlleiter
geringeren Querschnitts übergeführt werden, wobei die an. den Stufen entstehenden,
senkrecht zur Leitungsachse liegenden Flächen elektrisch offengehalten werden. Es
wird weiterhin vorgeschlagen, mit Rücksicht auf die Grenzwellenlänge eines Hohlleiters
wenigstens die die Grenzwellenlänge bestimmenden
Abmessungen nach
-einer Querschnittsverklein.erung wieder zu vergrößern und/oder in: die Hohlleiter
Mittel einzubringen, welche z. B. die Wellenform der elektromagnetischen Wellen;
beeinflussen oder bestimmen oder eine Anpassung zwischen den Hohlleiterstücken bewirken.
Außerdem können in die Hohlleiterstücke phasendrehende Mittel eingebracht werden,
die vorzugsweise so angeordnet werden, daß durch Verändern ihrer Lage deren Wirkung
in bezug auf die Phasendrehung verschieden wind. Desgleichen können auch Mittel
vorgesehen werden, ,deren Wirkung z. B. durch elektrische oder magnetische Beeinflussung
gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann die Antenne für eine bestimmte Wellenlänge
einstellbar hergestellt oder das Strahlungsdiagramm beeinflußt werden. Außerdem
kann durch Ändernder Länge der einzelnen Hohlleiterstücke, z. B. durch ein mehr
oder weniger weites Ineinanderschieben der Hohlleiterstücke, die Einstellung auf
die gewünschte Wellenlänge oder auf eine gewünschte Richtcharakteristik erfolgen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Hohlleiter rechteckförmigen
Querschnitts, der an den Stellen i und 2 durch eine sprunghafte Querschnittsänderung
stufenweise abgesetzt ist. Der gespeiste Hohlleiter 3 geht in die Hohlleiterabschnitte
4 und 5 geringeren Querschnitts Über, die zwar,dieselbe Breite, aber eine geringere
Höhe aufweisen. Die senkrecht zur Leitungsachse liegenden Öffnungsflächen an den
Stellen i und :2 wirken wie Strahlerelemente, deren Hauptstrahlrichtung in Leitungsachse
liegt. Die Längen der Leitungsabschnitte 4 und 5 sind so zu wählen, d,aß die von
jeder Strahleröffnung in Leitungsrichtung ausgehende Welle in einer zur Leitungsachse
senkrecht. stehenden. Ebene im wesentlichen gleichphasig sind. Die durch die Hohlleiterabstufung
entstehenden Öffnungen werden zweckmäßigerweise mit Isolierstoffscheiben abgedeckt,
um so, Witterungseinflüsse auf,die. Strahlenanordnung auszuschalten.
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In Fig. 2 ist ein aus runden Hohlleitern aufgebauter Längsstrahler
dargestellt, bei dem die Speiseleitung 6 in einen sich konisch erweiternden Leiterteil
übergeht, der an der Stelle i abgesetzt ist. In die so entstehende Öffnung wird
ein z. B. konisch ausgebildetes Hohlleiterstück 7 eingesetzt, wobei die Durchmesser
. der Hohlleiterstücke so zu wählen sind, daß eine elektrische Welle von der gewünschten
Wellenlänge in den Hohlieiterstücken existieren kann und d@aß an den .abgesetzten.
Stellen der Hohlleiterstücke eine Strahlenöffnung entsteht. lAn das Hohlleiterstück
7 schließt sich das Hohlleiterstück 8 an, dessen Öffnung in den freien Raum übergeht.
Das letzte Hohlleiterstück 8 kann in seinem Durchmesser einheitlich oder konisch
sich erweiternd ausgebildet sein. Voarteilhafterweise füllt man den durch den Querschnittssprung
zwischen den beiden Hohlleiterstücken entstehenden freien Raum mit dielektrischen
Stoffen, so daß dadurch die notwendige mechanische Festigkeit für den Längsstrahler
nach der Erfindung erzielt werden kann. Die Hohlleiter können unter sich beispielsweise
auch durch ein metallisches oder nichtmetallisches Gitter verbunden: sein.
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Ebenfalls für runde Hohlleiter ist die Ausführungsform nach Fig.3,
bei der die Strahleröffnungen an den Querschnittssprungstellen der Hohlleiter jedoch
nicht kreisringförmig sind, sondern durch die Differenzflächen von Kreis- und Ellipsenflächen
gebildet werden. Der Längsstrahler ist bei einer solchen Ausbildung mechanisch vorteilhafter
aufzubauen.. Auch bei dieser Ausführungsform kann man an den Strahleröffnungen dielektrische
Stoffe, in den Figuren kreuzgestrichelt gezeichnet, anbringen, welche die Strahleranordnung
in ihrem Aufbau stabiler machen, darüber hinaus aber eine Anpassung zwischen Strahlungswiderstand
und Wellenwiderstand des freien Raumes bewirken können. Eine weitere Ausführungsform
für aus rechteckigen Hohlleitern aufgebaute Längsstrahler ist in Fig. 4,dargestellt.
Wie aus der Figur ersichtlich, geht die ankommende Speiseleitung 9 in ein Höhl-Leiterstück
io über, dessen Querschnittshöhenabmessung bis zur ersten Strahleröffnung zunimmt.
An der Querschnittssprungstelle geht der Hohlleiter sprungartig auf einen Hohlleiter
geringeren Querschnitts über, der #rorzugsweise gleich oder kleiner als der der
ankommenden Leitung ist.
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Die Bedeutung der elektrischen Stoffe an den Strahleröffnungen kann,
wie bereits bei den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigt wurde, sehr groß sein.
In elektrischer Hinsicht bewirken sie eine Anpassung zwischen Strähleröffnungen
und dem freien Raum und können in ihrer Form z.. B. durch mechanische oder spanabhebende
Kaltverformung oder durch Warmverformung so gestaltet werden, daß sie die aus .den
Strahlenöffnungen austretenden elektrischen Wellen .derart beeinflussen, daß sie
die Richtwirkung des Längsstrahlers, nach der Erfindung in der gewünschten Weise
unterstützen:. Eine vorteilhafte Form für die dielektrischen Stoffe wäre beispielsweise
eine .derartige Formgebung, daß sie gleichzeitig als elektrische Unse wirken und
so eine gewünschte zusätzliche Bündelung ergeben. In mechanischer Hinsicht bedeuten
sie eine Vergrößerung der Stabilität des Längsstrahlers und insbesondere einen Schutz
gegen Witterungseinflüsse.
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Es wird nun weiterhin vorgeschlagen, daß wenigstens. ein Teil der
im Strahlungsweg liegenden Hohlleiterstücke auf seinen nach außen gekehrten Flächen
mit dvelektrischen und/oder ferrornagnetischen Stoffen überzogen wird. Diese Stoffe
bewirken, daß sich das entstehende elektromagnetische Feld im wesentlichen um die
Achse .des Längsstrahlers nach der Erfinduivg konzentriert, so daß, dadurch die
Bündelungsschärfe eines solchen Längsstrahlers vergrößert wird.
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Es kann vorteilhaft sein, auf dem als Speiseleitung:dienenden Hohlleiter
eine zur Leitungsachse senkrecht stehende Reflexionswand, etwa in der Form einer
kreisförmigen Scheibe, anzuordnen. Als Reflexionswand kann jede an sich vorhandene
metallische
Fläche oder eine mit einer gutleitenden Schicht überzogene Fläche, durch die der
Längsstrahler geführt wird, dienen.
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Zur Erhöhung der Festigkeit des Längsstrahlers können die einzelnen
Rohrstücke ein im Vergleich zur Wellenlänge kleines Stück ineinandergefügt werden.
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Weiterhin können in den. Hohlleitungen, insbesondere in runden Hohlleitern,
Mittel zur Erzielung einer gewünschten. Schwingungsform der elektrischen Wellen.
im Hohlleiter angeordnet werden. Hierzu können beispielsweise Bolzen aus Metall
oder aus dielektr ischem Material, die in den Hohlleiter hineinragen und gegebenenfalls
in ihrer Lage veränderbar sind, verwendet werden. Vorteilhaft bei der Anordnung
nach der Erfindung sind auch Mittel zur Anpassung zwischen den einzelnen Hohlleiterstücken;
solche Mittel sind z. B. Blechstreifen oder Bolzen aus Metall oder dielektrischem
Stoff oder auch Blenden, die in den, Hohlraum gebracht werden. Phasendrehende Mittel
können z. B. in Form von in den. Hohlleitern schwenkbaren Platten aus dielektrischen
Stoffen vorgesehen werden.
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Die Länge der einzelnen Hob lleiterstücke richtet sich 'nach den Hohlleiterabmessungen
und nach den Wellenlängen, bei denen die Längsstrahler nach der Erfindung verwendet
werden. Sie sind s o zu bemessen, daß der Phasenzustand , der von den einzelnen
Strahleröffnungen ausgehenden: elektrischen Wellenzüge in einer zur Strahlrichtung
senkrecht stehenden Ebene gleich ist.
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Besondere Bedeutung haben die Längsstrahler nach der Erfindung .bei
allen Richtfunkanlagen, bei denen die Antennenanlage keine großen Ausmaße annehmen
soll, bei .denen aber eine große Bündelungsschärfe verlangt wird. Mit Vorteil können
solche Antennen z. B. auch als rotierende Richtantennen ver@v@endet werden.