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Anordnung zur Anpassung von elektromagnetischen Linsen an ein sie
umgebendes Medium Elektromagnetische Linsen sind gewöhnlich an einen Trichterstrahler
angebaut. durch den sie mit elektromagnetischer Energie ausgeleuchtet werden. 1\
aturgemäß findet bei derartigen Anordnungen ein Wellenwiderstandssprung zwischen
dem freien Raum im Trichter, dem Linsenkörper und dem an diesen anschließenden freien
Raum statt. Diese Wellenwiderstandssprünge bedingen jedoch Reflexionen und setzen
somit dem Antennenwirkungsgrad beträchtlich herab.
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Zum Zwecke der Anpassung von elektromagnetischen Linsen, die aus Hohlschächten
(Metallp:latbenkins!en) @auufgeb@aut :s@in[d, hat man in die Hohlräume der elektrischen
Linsen beispielsweise dielektrische Stoffe eingebracht, welche den hohen Wellenwiderstand
eines Hohlleiters auf einen niedrigeren herabsetzen und so eine. bessere Anpassung
der Linsen an die sie umgebenden Medien ermöglichen. Solche :Iupassungsmittel setzen
jedoch das Gewicht einer derartigen Linse beträchtlich herauf, können aber nicht
gleichzeitig als Abdeckung und Wetterschutz benutzt werden.
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Zur Erhöhung des Antennenwirkungsgrades werden gemäß der Erfindung
bei elektromagnetischen Linsen, Deschleunigungs- und Verzögerungslinsen, zur Linsenoberfläche
parallel ver-Iaufende Platten aus einem solchen Material bestimmter Dicke und in
einem solchen Abstand von der Linsenoberfläche angeordnet, daß eine möglichst gute
Anpassung zwischen dem Wellenwiderstand
des die Linse umgebenden
Mediums und dem der Linse erzielt ist.
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Es ist bereits bekannt, unmittelbar auf eine Linsenoberfläche Platten
aus dielektrischem Material aufzubringen, um die Linse vor Witterungseinflüssen
zu schützen und ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Antennensystem -zu verhindern.
Daß eine solche Abdeckung eine zusätzliche Fehlanpassung zu der an sich vorhandenen,
auf den Wellenwiderstandssprung zwischen Linse und freien Raum zurückzuführenden
Fehlanpassung bringt, wurdebisher in Kauf genommen oder nicht beachtet. Der Vorteil
der Anordnung gemäß der Erfindung besteht nun insbesondere darin, däß die Mittel
zur Anpassung gleichzeitig zum Schutz gegen Witterungseinflüsse benutzt werden können
und auf diese Weise Gewicht und Kosten bei der Antennenanlage gespart werden können.
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Um Rückwirkungen eines Linsensystems auf das Erregersystem zu vermindern,
ist das Linsensystem meist in zwei Hälften geteilt, die gegeneinander in Achsrichtung
um etwa eine Viertelwellenlänge versetzt sind. Bei einer solchen Anordnung wird
die Abdeckplatte vorzugsweise in zwei Hälften geteilt, die entsprechend der Versetzung
der beiden Linsenhälften selbst gegeneinander in Achsrichtung versetzt sind.
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Von großem Vorteil ist es, auf beiden .Seiten des Linsenkörpers Anpassungsmittel
gemäß der Erfindung vorzusehen. Da die eine der beiden Oberflächen des Linsenkörpers
in jedem Fall gekrümmt ist, kann es empfehlenswert sein, einen mittels besonderer
Verfahren leicht verformbaren Stoff aus dielektrischem Material als Anpassungsglied
zu verwenden.
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Die Form der Anpassungsglieder soll möglichst nach der Oberflächengestalt
des Linsenkörpers gewählt sein. Gegebenenfalls braucht das Anpassungsglied nicht
.dieselbe Größe der gekrümmten Linsenoberfläche aufweisen; es kann beispielsweise
genügen, -daß die Anpassungsplatte in einem zu wählenden, am besten durch Messungen
bestimmbaren Abstand vor der Linsenoberfläche angeordnet wird und selbst kreisförmige
Form hat, während die Linse quadratische Form aufweist.
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Bekanntlich sind Beschleunigungslinsen ebenso wie andere Linsen frequenzabhängig;
auf Grund der Wirkungsweise der als Anpassungsmittel wirkenden Platten ist auch
der Ort, an dem die Platten angeordnet sein sollen, frequenzabhängig. Für Linsenantennen,
die in mehreren voneinander stark verschiedenen Frequenzbereichen betrieben werden
sollen, ist es daher vorteilhaft, Mittel zur Einstellung dies Abstandes zwischen
den Linsenoberflächen und den Anpassungsplatten vorzusehen. Die Anpassungsplatte
kann gegebenenfalls in einem festen Rahmen angeordnet sein.
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Im Fall, daß vor beiden Linsenoberflächen Anpassungsmittel angeordnet
sind und die Linse in einem überaus breiten Frequenzbereich verwendet werden soll,
ist es, .zweckmäßig, diese Mittel in feste Rahmen einzubauen und diese Rahmen mechanisch
so miteinander zu koppeln, daß durch Betätigen eines Einstellgliedes beide Anpassungsmittel
im richtigen Sinne zur Linsenoberfläche verstellt werden. Es ergibt sich so eine
leichte Einstellmöglichkeit bei Frequenzwechsel. Gegebenenfalls können Skalen angebracht
werden, die die Einstellung auf gegebene Frequenzen ermöglichen.
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Die der Anpassung dienenden Platten können aus reinem dielektrischem
Stoff oder aus Mischstoffen bestehen. Beispielsweise könnten auch Schaumstoffe verwendet
werden, die zur Erhöhung ihrer Dielektrizitätskonstante andere Stoffe, z. B. Metallteilchen
oder -bänden, enthalten. Auch geeignete magnetische Werkstoffe sind, gegebenenfalls
in andere Stoffe eingebettet, verwendbar. -Eine zweckmäßige Ausführungsform einer
Linsenanordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Anpassungsplatten so
ausgebildet und angeordnet sind, daß sich ein feuchtigkeitsdichter Abschluß für
.den von dem Linsenkörper erfüllten Raum ergibt. Für den praktischen Aufbau solcher
Anordnungen sind solche Isolierstoffe von Vorteil, die mittels besonderer Lötverfahren
od.,dgl. mit einem den Linsenkörper tragenden Rahmen feuchtigkeitsidicht verbunden
oder auf diesen Rahmen aufgeschmolzen werden können.
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Messungen haften ergeben, daß durch eine Anordnung von Anpassungsmitteln
gemäß der Erfindung der Gewinn einer Antenne bzw. der Antennenwirkungsgrad beachtlich
vergrößert werden kann. Die durch Messungen feststellbaren Werte der Entfernung
zwischen Anpassungsmittel undLinsenoberfläche konnten äuch theoretisch ermittelt
werden; ebenfalls konnten günstige Werte für die dielektrischen Eigenschaften und
die Dickenabmessungen von Anpassungsmitteln sowohl theoretisch als .auch durch Messungen
festgestellt werden.
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Die Wirkungsweise des in einem bestimmten Abstand vor der Linsenoberfläche
angeor.dnetenAnpassungsmittels kann auf folgende Weise erklärt werden: Durch Einschalten
des Anpassungsmittels werden zwei an die Linsenoberfläche anschließende Transrformationswege
verschiedener Länge in verschiedenen Medien geschaffen, die im Zusammenwirken die
Anpassung zwischen Wellenwiderstand der Linsen und dem des freien Raumes bewirken.
An Hand der bekannten Widerstandsdiagramme :im. kmunplexer Daansitellumg k#unm.,
die Wi:rkungsweme gezeigt werden und. auf Grund der gewonnenen Werte die günstigste
Eigenschaft in Abhängigkeit von Ort und Material ermittelt werden.
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Die Anordnung nach der Erfindung kann vorzugsweise auch zur Verbesserung
der Breitbandigkeit einer Linsenantennenanordnung benutzt werden, beispielsweise
dadurch, daß die günstigste Anpassung in bevorzugte Frequenzbereiche gelegt wird.
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Es wird ferner noch vorgeschlagen, besondere Mittel zum Planhalten
der Anpassungsplatten, beispielsweise in Form von Ouerleisten oder anderer Verstrebungen,
vorzusehen. Dadurch wird elektrisch eindeutig die Lage der Anpassungsplatte über
der gesamten elektrischen Wirkfläche der
Linsen festgelegt. Andererseits
aber wird die mechanische Festigkeit, z. B. gegen Winddruck, erhöht und die Platte
auch gegenüber thermischen Einflüssen gefestigt.