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Ablenkvorrichtung für Ultrakurzwellen Die Erfindung bezweckt die Konstruktion
eines brechenden Prismä,s für Ultrakurzwellen.
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Es sind bereits Ablenkprismen aus sogenannten künstlichen dielektrischen
Medien bekannt, die aus mehreren parallelen Metallplatten bestehen. Diese Platten
stehen im wesentlichen parallel zur Fortpflanzungsrichtung der abzulenkenden Wellen,
die also von der Kante auf die Platten auftreffen. Die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden
Platten verhalten sich wie Hohlleiter, deren Grenzfrequenz und Phasenverschiebung
von ihren Abmessungen, insbesondere ihrer Längenausdehnung, abhängt. Um eine brechende
Wirkung zu erzielen, müssen die einzelnen Platten deshalb zunehmende Längen aufweisen,
die in gesetzmäßiger Beziehung zur Wellenlänge stehen.
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Das erfindungsgemäße Prisma besteht demgegenüberaus einerAnzahlvousenkrecht
zur Fortpflanzungsrichtung der einfallenden Wellen hintereinander angeordneten Metallplatten,
deren Abstände in derselben Größenordnung wie die verwendete Wellenlänge liegen
und deren Dicke sehr klein gegen die Wellenlänge ist, während ihre Länge und Breite
erheblich größer als die Wellenlänge ist, wobei die
Platten mit
Löchern versehen sind, deren Abmessungen und Anordnung so gewählt sind, daß unter
Berücksichtigung der Beugungserscheinungen die gewünschte Ablenkung der Wellexifronten
eintritt.
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Länge und Breite der Platten sind beliebig, solange sie nur die Wellenlänge
.deutlich übertreffen. Insbesondere können 'sämtliche Platten dieselben Abmessungen
aufweisen.
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Die Löcher haben vorzugsweise Kreisform, die für die mechanische Ausführung,
die Berechnung und Einstellung vorzuziehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Prisma aus einer Anzahl von praktisch
parallelen Platten aufgebaut. Diese Platten sind von auf parallelen Linien angeordneten
Löchern durchbrochen, wobei die Löcher auf jeder dieser Linien einander gleich sind
und die Durchmesser dieser Löcher auf jeder Platte stetig von einem größten Durchmesser
auf einer ersten äußersten Linie zu einem kleinsten Durchmesser auf einer. letzten
Linie abxiehmen.
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Die Platten sind so angeordnet, daß die Richtung der Abnahme (bzw.
Zunahme) der Durchmesser der erwähnten Löcher bei der Mehrzahl der Platten dieselbe
ist.
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Die erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung kann beispielsweise zusammen
mit einem Richtstrahler in einer Ultrakurzwellenantenne oder einem Radargerät Verwendung
finden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin zeigt Fig.
i schematisch in schaubildlicher Darstellung ein Prisma gemäß der Erfindung, Fig.
2 die Projektion des Prismas aus Fig. i auf die zOx-Ebene und Fig. 3 die Projektion
einer anderen Plattenanordnung des Prismas aus Fig. i auf die zOx-Ebene. Das Prisma
gemäß der Erfindung beruht auf der Erscheinung der Beugung elektromagnetischer Wellen.
Wie aus Fis. i und 2 ersichtlich, besteht das Prisma aus mehreren Metallplatten,
die hintereinander in der Oz-Richtung angeordnet sind. Auf der Platte P, sind die
Linien ... x"-x,, und y,.-yi . . . y"-y,, gezeichnet, die ein Karomuster
bilden, dessen Seite cl-c, erheblich größer aas die Wellenlänge A, der abzulenkenden
Wellen ist. Diese Platte P1 ist mit iunden Löchern versehen, deren Mittelpunkte
auf den Schnittpunkten der Linien des erwähnten Karomusters liegen. Die Löcher mit
Mittelpunkten auf denn Linien y,-yi . . . yn=yn haben gleiche Durchmesser,
während diejenigen mit Mittelpunkten auf den Linien x,-x,' ... x.-x.' Durchmesser
haben, die stetig von links nach rechts abnehmen. Die Löcher mit Mittelpunkt auf
der Linie y,-yi haben den größten Durchmesser, der jedoch kleiner als A, ist. Die
anderen Platten P2 und P3 sind ebenso ausgeführt wie die Platte P1.
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Wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in der Oz=Richtung ausbreitet,
die Vorderseite der Platte P1 erreicht, treten Beugungserscheinungen auf.
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Die .elektromagnetische Energie durchdringt die Löcher der Platte
P1, und hinter ihr bildet sich eine neue Wellenfläche. Die Löcher erteilen dem gebeuten
Teil der Wellenfläche eine Phasenvoreilung, die bei den Löchern sehr großen Durchmessers
Null ist und bei den Löchern mit unendlich kleinem Durchmesser beträgt. Unter diesen
Umständen ist eine einfallende ebene Wellenfläche S1 (Fig. 2) nach Durchgang durch
die Platte P1 in eine praktisch ebene Wellenfläche S2 übergegangen, die um einen
Winkel 0 gegen die Wellenfläche .S1 geneigt ist. Dies ist einer Änderung der Ausbreitungsrichtung
gleichwertig, die jetzt Oz' wird, d. h., man beobachtet eine Ablenkung der Welle,
die der mit einem brechenden Prisma in der klassischen Optik erreichten entspricht.
Die Welle durchläuft ebenso die anderen Platten, die ebenfalls die erwähnte Welle
ablenken. Im Endergebnis erhält man eine erhebliche Gesamtablenkung, die eine Resultierende
der aufeinanderfolgenden Ablenkungen an den verschiedenen Platten darstellt.
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Der Brechungswinkel sowie der Reflexionskoeffizient einer Platte hängen
ab von den Durphmessem der Löcher, von der Wellenlänge ac, von der Anzahl der Löcher
und ihrer Verteilung auf der Platte.
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Die Herrichtung einer Platte für ihrer Verwendungszweck wird man durch
Rechnung und Versuche derart vornehmen, daß eine Welle, .die als Trägerfrequenz
dienen soll und deren Wellenlänge 7s ist, mit einem Minimum an Verzerrung der Wellenfläche
um einen maximalen Winkel 0 -abgelenkt wird. Man wird diese Herrichtung so durchführen,
daß die Platte einen Durchlaßkoeffizienten hat, der möglichst nahe an r- herankommt.
Die Hgrabsetzung der Reflexionen wird begünstigt durch Verwendung mehrerer Platten,
deren gegenseitige Stgllur@g in geringem Maße verstellt werden kann, um die Anordnung
»anzupassen«.
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Ein solches Prisma kann natürlich eine beliebige Anzahl von Platten
umfassen, beispielsweise fünf, sechs oder sieben.
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Die quadratische Form der Platten (Fig. i) ist nicht unbedingt notwendig.
Die Platten können auch rund oder rechteckig sein, aber die Verteilung der Löcher
muß der bei Fis. i beschriebenen entsprechen, und die kleinste Abmessung der Plätte
muß groß gegen X, sein. In der Praxis wird eine quadratische Platte beispielsweise
eine Seitenlänge oberhalb io A, aufweisen.
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Die Löcher können auch oval oder quadratisch sein. Jedoch ist die
runde Form am vorteilhaftesten sowohl in bezug auf die mechanische Ausführung als
auch in bezug auf die Arbeitsweise.
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Will man eine sehr breite Wellenfläche ablenken, so kann man Platten
verwenden, bei denen die auf den Linien x,-xi ... xri xn gelegenen Löcher
in mehreren Serien nebeneinander angeordnet sind. Jede dieser Serien besteht aus
Löchern von abnehmendem Durchmesser (Fig. i). Die Löcherserien sind so verteilt,
da.ß dem kleinsten Loch einer Serie das größte Loch der folgenden Serie nachfolgt.
Man erzielt so ein Stufenprisma.
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Anstatt die Platten Pl, P2 und P3 einander parallel anzuordnen (Fig.
i und 2), kann man sie derart gegeneinander neigen (Fig.3), daß jede Platte stets
von vorn durch eine Welle getroffen wird, welche die Platte P1 von vorn getroffen
hat.
Natürlich kann man veränderliche Abstände zwischen den Platten
in Ox-Richtung oder die Verwendung verschiedener zusammengebauter Prismen oder auch
die Verwendung verschiedener Platten in Ox-Richtung vorsehen. Schließlich kann man
ebenso durch Vewendung von Öffnungen, deren Durchmesser in Oy-Richtung variieren,
eine gemischte Anordnung erhalten (Linsenprisma), die in der horizontalen Ebene
ablenkt und in. der vertikalen Ebene fokussiert.
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Der Brechungswinkel eines solchen Prismas ändert sich mit der Neigung
des Prismas gegenüber der Ausbreitungsrichtung der Welle. Dies kommt von der Änderung
der scheinbaren Durchmesser der Löcher in den Platten gegenüber der einfallenden
Welle in Abhängigkeit von der erwähnten Neigung. Ferner ändert sich der Brechungswinkel
eines gegebenen Prismas mit der Frequenz (und darum mit A) der einfallenden Welle,
denn die Änderung der Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz ist für
die kleinen Löcher größer als für die größeren Löcher. Darum tastet bei Verwendung
einer Welle mit veränderlicher Frequenz das durchgelassene Wellenbündel den Raumjenseits
des Prismas in einem gewissen Winkelbereich ab, während das einfallende Wellenbündel
vollkommen fest bleibt.
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Diese Eigenschaft eines solchenPrismas kann für die elektromagnetische
Ortung von Hindernissen mit frequenzmodulierten Wellen ausgenutzt werden.