DEC0008318MA

DEC0008318MA -

Info

Publication number: DEC0008318MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Oktober 1953 Bekanntgemacht am 5. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezweckt die Konstruktion eines brechenden Prismas für Ultrakurzwellen.
. 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.

Das erfindungsgemäße Prisma besteht demgegenüber aus einer Anzahl von senkrecht 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

509 627/81

C 8318 VIII a/21a*

Platten mit Löchern versehen sind, deren Abmessungen und Anordnung so gewählt sind, daß unter Berücksichtigung der Beugungserscheinungen die gewünschte Ablenkung der Wellenfronten eintritt.

Länge und Breite der Platten sind beliebig, solange

'·'■ sie nur die Wellenlänge deutlich, übertreffen. Insbesondere können sämtliche Platten dieselben Abmessungen aufweisen.

Die Löcher haben vorzugsweise Kreisform, die für

ίο die mechanische Ausführung, die Berechnung und Einstellung vorzuziehen ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Prisma aus einer Anzahl von praktisch parallelen Platten aufgebaut. Diese Platten sind von auf parallelen Linien angeordneten Löchern dprchbrochen, 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 abnehmen. .. ...

Die Platten sind so angeordnet, daß die Richtung der Abnahme (bzw. Zunahme) der Durchmesser der erwähnten Löcher bei der Mehrzahl der Platten dieselbe ist.

Die erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung kann beispielsweise zusammen mit einem Richtstrahler in einer Ultrakurzwellenantenne oder einem Radargerät Verwendung finden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin zeigt

Fig. ι schematisch in schaubildlicher Darstellung ein Prisma gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Projektion des Prismas aus Fig. 1 auf die zO«-Ebene und

Fig. 3 die Projektion einer anderen Plattenanordnung des Prismas aus Fig. 1 auf die zOx-Ehene.

Das Prisma gemäß^; der Erfindung beruht auf der Erscheinung der Beugung elektromagnetischer Wellen.

40^! Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, besteht das Prisma aus mehreren Metallplatten, die hintereinander in der 02-Richtung angeordnet sind. Auf der Platte P₁ sind die Linien xji-x[ ■ ..· #»-#» und yx~y[ . ■ ■ y_n-y'_n gezeichnet, die ein Karomuster bilden, dessen Seite C₁-C₂ erheblich größer als die Wellenlänge λ der abzulenkenden Wellen ist. Diese Platte P₁ ist mit runden Löchern versehen, deren Mittelpunkte auf den Schnittpunkten der Linien des erwähnten Karomusters liegen. Die Löcher mit Mittelpunkten auf den Linien y_x-yi ... y_n-y'_n haben gleiche Durchmesser, während diejenigen mit Mittelpunkten auf den Linien X\-x[ ...x_n-x'n Durchmesser haben, die stetig von links nach rechts abnehmen. Die Löcher mit Mittelpunkt . auf der Linie y_x-y'_x haben den größten Durchmesser, der jedoch kleiner als λ ist. Die anderen Platten P₂ und P₃ sind ebenso ausgeführt wie die Platte P₁.

Wenn eine elektromagnetische Welle, die sich in der' Oz-Richtung ausbreitet, die Vorderseite der Platte P₁ erreicht, treten Beugungserscheinungen auf.

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 üb ergegangen,, die um einen Winkel Θ 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.

Der Brechungswinkel sowie der Reflexionskoeffizient einer Platte hängen ab von den Durchmessern der Löcher, von der Wellenlänge π, von der Anzahl der Löcher und ihrer Verteilung auf der Platte. .

Die Herrichtung einer Platte für ihren Verwendungszweck wird man durch Rechnung und Versuche derart vornehmen, daß eine Welle, die als Trägerfrequenz dienen soll und deren Wellenlänge η ist, mit einem Minimum an Verzerrung der Wellenfläche um einen maximalen Winkel Θ abgelenkt wird. Man wird diese Herrichtung so durchführen, daß die Platte einen Durchlaßkoeffizienten hat, der möglichst nahe an ι herankommt. Die Herabsetzung der Reflexionen wird begünstigt durch Verwendung mehrerer Platten, deren gegenseitige Stellung in geringem Maße verstellt werden kann, um die Anordnung »anzupassen«.

Ein solches Prisma kann natürlich eine beliebige Anzahl von Platten umfassen, beispielsweise fünf, sechs oder sieben.

Die quadratische Form der Platten (Fig. 1) ist nicht unbedingt notwendig. Die Platten können auch rund oder rechteckig sein, aber die Verteilung der ,Löcher muß der bei Fig. 1 beschriebenen entsprechen, und die kleinste Abmessung der Platte muß groß gegen λ sein. In der Praxis wird eine quadratische Platte beispielsweise eine Seitenlänge oberhalb 10 λ aufweisen.

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.

Will man eine sehr breite Wellenfläche ablenken, so kann man Platten verwenden, bei denen die auf den Linien x_rx[ .. .x_n-x'_n gelegenen Löcher in mehreren Serien nebeneinander angeordnet sind. , Jede dieser Serien besteht aus Löchern von abnehmendem Durchmesser (Fig. 1). Die Löcherserien sind so verteilt, daß dem kleinsten Loch einer Serie das größte Loch der folgenden Serie nachfolgt. Man erzielt so ein Stufenprisma.

Anstatt die Platten P₁, P₂ und P₃ einander parallel anzuordnen (Fig. 1 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.

627/81

Claims

Natürlich kann man veränderliche Abstände zwischen den Platten in (Χτ-Richtung oder die Verwendung verschiedener zusam.mengebauter Prismen oder auch die Verwendung verschiedener Platten in Oz-Richtung vorsehen. Schließlich kann man ebenso durch Verwendung 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.

ίο 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 λ) 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 Raum jenseits des Prismas in einem gewissen Winkelbereich ab, während das einfallende Wellenbündel vollkommen fest bleibt.

Diese Eigenschaft eines solchenPrismas kann für die elektromagnetische Ortung von Hindernissen mit frequenzmodulierten Wellen ausgenutzt werden.

_go Patentansprüche:

i. Ablenkvorrichtung für Ultrakurzwellen, gekennzeichnet durch eine Anzahl von senkrecht 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 Wellenfronten eintritt.
2. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher kreisrund sind und ihr Durchmesser kleiner als die Wellenlänge ist.
3. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten parallel sind, die Löcher alle dieselbe Form haben und längs paralleler Linien angeordnet sind, wobei die Löcher längs jeder Linie dieselben Abmessungen haben und die Abmessungen der Löcher von den größten Abmessungen auf der ersten Linie jeder Platte bis zu den kleinsten Abmessungen auf der letzten Linie derselben Platte stetig abnehmen, und die Platten so angeordnet sind, daß der Richtungssinn der Abnahme (oder Zunahme) der Abmessungen der Löcher bei wenigstens zwei Platten derselben ist.
4. Ablenkvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten gleich große Quadrate darstellen, deren Seite erheblich größer als die Wellenlänge ist.
5. Ablenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten gegeneinander geneigt sind. .

Angezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 666 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 627/81 12.55