NL8202070A - Hyperfrequente primaire bron voor antenne met kegelaftasting en antenne die deze bron bevat. - Google Patents

Description

Oi S

*c - 1 -

Hyperfrequente primaire bron voor antenne met kegelaftasting en antenne die deze bron bevat.

De uitvinding heeft betrekking op een primaire bron 5 voor een antenne met kegelaftasting, meer in het bijzonder op een fasekegelaftasting. Antennes met kegelaftasting zijn meestal verbonden met radarstelsels die voor het volgen gebruikt worden en het is nuttig om in het kort eraan te herinneren waaruit een kegelaftastinrichting bestaat hoewel een dergelijke inrichting 10 goed bekend is bij specialisten en er beschrijvingen van bestaan in de literatuur.

In een inrichting met amplitudekegelaf tasting dat een fokusserend stelsel bevat wordt de antenne verlicht door een primaire bron en zijn fasecentrum beschrijft om de brandpunts-15 as van het stelsel een cirkel met bepaalde straal gelegen in het brandpuntsvlak. Voor een dergelijke antenne is het stralings-diagram niet meer gecentreerd op de as van het fokusserende stelsel maar hij draait in de ruimte zodanig dat de maximale stralingsrichting een kegel beschrijft waarvan de halve tophoek 20 de antennescheelkijkhoek genoemd wordt, (angle de strabisme de 1'antenne). Bij afwezigheid van een fokusserend stelsel kan de kegelaftasting verkregen worden door middel van een draaiende bron die schuin staat ten opzichte van zijn omwentelingsas en waarvan het fasecentrum op deze as ligt. Daar in een dergelijke ~ 25 inrichting het stralingsdiagram evenwel hetzelfde is voor het zenden als voor de ontvangst is het mogelijk door analyse van het zenddiagram daaruit de rotatiefrequentie te bepalen en deze kennis te gebruiken voor storingsdoeleinden.

In een inrichting met fasekegelaftasting, zoals be-30 schreven bijvoorbeeld in het Franse octrooischrift Elf no.

78.362H5, ingediend op 22 december 1978, beschrijft het fasecentrum van de uitgezonden straling een cirkel die gelegen is in een vlak loodrecht op de maximale stralingsrichting van de antenne.

8202070 * ^ - 2 -

Daar het stralingsdiagram "bij het zenden gecentreerd is op de as van de antenne is het niet meer mogelijk hieruit de rotatiefrequentie te bepalen en bijgevolg zijn storing te bewerkstelligen.

5 Zekere uitvoeringen evenwel van hyperfrequente bronnen die aangegeven zijn in het genoemde Franse octrooischrift en die schematisch weergegeven zijn in figuur 1 en 2 van de beschrijving kunnen aanleiding zijn tot zekere mechanische spanningen die beter vermeden kunnen worden.

10 In de uitvoering volgens figuur 1 laat men zo een primaire bron 2 die schuin voor een reflektor 1 staat draaien op zodanige wijze dat zijn faseeentrum gefixeerd blijft in het brandpunt F van het antennestelsel. Opdat deze rotatie bewerkstelligd kan worden is het nodig een gebogen voedingsgolfgeleider 15 3 aan te brengen die verbonden is met een draaikoppeling 5 welke zelf verbonden is met een gebogen golfgeleider 6 door middel van een golfgeleiderovergang b die de overgang verzekert van de golfgeleider met cirkelvormige doorsnede 50 met de golfgeleider 6 met rechthoekige doorsnede. Bij een dergelijke uitvoering 20 is het nodig dat de bron zorgvuldig uitgebalanceerd is vanuit het dynamische oogpunt en waarbij bovendien het mechanisme betrekkelijk ingewikkeld blijkt.

Bij de uitvoering volgens figuur 2 gebruikt men voor het verkrijgen van de fasekegelaftasting een prisma 7 dat 25 draait voor een sociaal vaste primaire bron 8 in een Cassegrain-antenne. Het prisma is verwezenlijkt uit een natuurlijk of kunstmatig dielektrisch materiaal. De antenne bevat een hoofd-reflektor 9 en een hulpreflektor 10 beiden met een omwenteling om de as oz, waarbij de hulpreflektor ondersteund wordt door 30 de armen 12-120. De primaire bron 8 die een cirkelvormige hoorn uit golfplaat is is verbonden met een voeding door de golfgeleider 11. Bij het draaien en roterend aangedreven om de as oz door een getande kroon 13 die ingrijpt in een kroon 1b die een geheel vormt met een motor 15 laat het prisma 7 het 35 faseeentrum van de golven die uitgezonden zijn door de hoorn S202070 * i - 3 - 8 ronddraaien in een vlak evenwijdig aan de opening van de antenne. Dit fasecentrum van de uitgezonden golven Cl verplaatst zich in het vlak 25 van de opening.

Bij een dergelijke uitvoering hrengt het op zijn plaats 5 brengen van een prisma voor de hals van de hoorn van de primaire bron echter het gevaar met zich mee een parasitaire amplitude-modulatie te vormen voor zekere rotatiefrequenties voor welke het fasecentrum niet meer stabiel is en waarbij het nodig is een lens 26 op zijn plaats te brengen in de opening 20 van de 10 hoorn 8.

Bovendien is de afwijkhoek van het stralingsdiagram klein en de doorlaatband smal.

De uitvinding heeft de verwezenlijking tot doel van een hyperfrequente primaire bron die het mogelijk maakt een 15 fasekegelaftasting te verkrijgen zonder de nadelen van de bekende stand van de techniek die zojuist genoemd zijn zowel uit elektrisch oogpunt als uit mechanisch oogpunt.

Volgens de uitvinding wordt een hyperfrequente primaire bron voor een antenne met kegelfaseaftasting die een kegelvormige 20 hoorn bevat bekrachtigd door een vaste cirkelvormige golfge- leider volgens de grondmodus ^, gekenmerkt door het feit dat de hoorn een voorwerp bevat dat een golf vormt die zich voortplant volgens de modus TE^ 90° in fase verschoven ten opzichte van de golf met modus TE^ in het vlak van de opening, waarbij 25 middelen zijn aangebracht om de elektrische veldlijnen met modus TE^ te laten draaien wat de afbuiging van de bundel met zich meebrengt in het symmetrievlak van het voorwerp.

De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van de tekening.

30 Figuur 1 en 2 hebben betrekking op bekende uitvoerings vormen.

Figuur 3 stelt schematisch een bron voor volgens de uitvinding gezien in doorsnede volgens een vlak dat de voort-plantingsrichting bevat en een loodrecht vlak.

35 Figuur k stelt schematisch de elektrische veldverde- 82 02 0 70 4 \ - h - lingen voor van de twee golven in het openingsvlak van de hoorn.

Figuur 5 stelt de stralingskarakteristieken voor van een antenne die gebruik maakt van de bron volgens de uitvinding.

Figuur 6 stelt de extreme posities voor die het voor-5 werp in de hoorn kan innemen.

In figuur 3a heeft men in doorsnede een bron volgens de uitvinding voorgesteld die een ingangsgolfleider 27 bevat waarin zich een golf voortplant volgens de grondmodus TE^ ; deze golfgeleider is verbonden met een golfgeleiderovergang 10 28, rechthoekige golfgeleider, cirkelvormige golfgeleider, ge volgd door een cirkelvormige golfgeleider 29 waarin zich een golf voortplant volgens de grondmodus TE . Het elektrische veld zoals het voorgesteld is met E staat loodrecht op het doorsnedevlak.

15 Een kegelvormige hoorn 30 wordt gevoed door de golfge leider 27. Een voorwerp 31 is in de hoorn aangebracht in de buurt van zijn hals. Zijn algemene vorm is die van een halve kegel die steunt op de wand van de hoorn zoals te zien is in figuur 3a met zijn as evenwijdig aan de as van de hoorn . Het 20 is gemaakt uit een dielektricum met een konstante met een waarde die in het algemeen gelegen is tussen 1 en U,5 met een tangens van de verlieshoek die klein is of uit een metaal dat vergelijkbaar is hiermee of die gewoonlijk gebruikt worden bij de fabri-kage van radarbronnen, bijvoorbeeld uit koper of uit aluminium. 25 Wanneer men e zijn dikte noemt, L de lengte van de hoorn, a de afstand tussen de hals van de hoorn en het punt P van het voorwerp dan heeft de afstand a een orde van grootte van het twaalfde deel van de lengte L. Wanneer en Φ^ respektievelijk de diameters zijn van de opening van de hoorn en van zijn hals 30 is e gelegen tussen Φ^/6 en Φ^Ι* volgens de gewenste helling van de hoekdiskriminatiekrommen. Het voorwerp 31 zet een deel van de energie die zich voortplant volgens de TE^ ^modus om in energie die zich voortplant volgens de modus TE .j en hogere modi waarvan de voortplanting verboden verondersteld wordt 35 door de afmetingen van de hoorn.

8202070 - 5 -

Figuur 3¾ is een aanzicht in het vlak van de opening Q. Wanneer men een referentie OX kiest, met Y loodrecht daarop zodat OX een symmetrievlak is voor het voorwerp 31 verkrijgt men een elektrische veldverdeling voor de modus TE 1 volgens 5 figuur ka en voor de modus TE^, <iie in fase verondersteld wordt^ volgens figuur Vb.

Volgens de uitvinding kiest men de karakteristieken van het voorwerp 31, in het "bijzonder zijn lengte, zo dat in het vlak van de opening Q de elektrische veldverdeling van de 10 modus TE21 zo is als in figuur kc. Zoals hij optreedt brengt men de verdeling van figuur Vb over naar die van figuur kc door een rotatie van k5° die verkregen kan worden door een fase-verschuiving van de golf die zich voortplant volgens de modus TE^ ten opzichte van die welke zich voortplant volgens de 13 modus TE^ met ir/V.

De resulterende elektrische veldverdeling geprojekteerd volgens OY geeft de volgende karakteristieken:

De velden in twee symmetrische punten ten opzichte van OY zijn ten opzichte van elkaar gekoppelde samenstellingen. Zij 20 hebben dus dezelfde amplitude en tegengestelde fasen.

De velden in twee symmetrische punten ten opzichte van OX zijn gelijk.

Zoals bekend maakt de Fourier transformatie het mogelijk het stralingsdiagram.. te verkrijgen. Wanneer men het 25 stralingsdiagram berekent volgens de polarisatie evenwijdig aan OY uit een verdeling die de hierboven gegeven karakteristieken voorstelt dan verkrijgt men een maximale intensiteit in een richting Θ van het vlak XOZ, waarbij 0 de richting van het beschouwde veld is.

30 Door de verdeling voorgesteld in figuur kc een rotatie te laten ondergaan ten opzichte van die voorgesteld in figuur kb verkrijgt men een rotatie van de maximale intensiteit in het vak XOZ zonder amplitudemodulatie. Dit wordt verkregen door draaien van: 35 hetzij het voorwerp 31 ten opzichte van de hoorn 30 die ^202070 * > - 6 - gefixeerd gehouden wordt ten opzichte van de golfgeleider 29· hetzij de hoorn 30 waarmee het voorwerp 31 een geheel vormt ten opzichte van de golfgeleider 29.

In figuur 3a ziet men een draaikoppeling 32 die het 5 mogelijk maakt door een stelsel van niet voorgestelde tandwielen de hoorn 30 te laten draaien waarin zich het voorwerp 31 gefixeerd bevindt. Men heeft niet middelen voorgesteld die het mogelijk maken om het voorwerp 31 alleen te laten draaien in de hoorn.

Deze mogelijke oplossing is evenwel ingewikkeld en zal waar-10 schijnlijk niet gebruikt worden in de praktijk. Deze rotatie verwezenlijkt de kegelfaseaftasting. In de loop van deze rotatie blijft het fasecentrum op de as van de hoorn. Wanneer men een reflektor verlicht met een dergelijke roterende bron verkrijgt men dus een secundair diagram waarvan het amplitudemaximum op 15 de brandpuntsas van de inrichting ligt en het fasecentrum op deze as blijft.

Figuur 5 stelt in het vlak XOZ de amplitudekarakteris-tiek voor met betrekking tot een antenne die gebruik maakt van een primaire bron van het soort zoals hierboven beschreven 20 voor de twee extreme standen schematisch aangegeven in figuur 6 a. en 6 b.

In figuur 5 geeft de rechte 33 de fase aan voor het voorwerp wanneer het gelegen is zoals aangegeven in figuur 6a terwijl de rechte 3^ de fase geeft voor het voorwerp wanneer 25 het gelegen is zoals aangegeven in figuur 6b. De rechten 33 en 3I1 bepalen met de horizontaal 0X de scheelkijkhoek Sq. In de ruimte beschrijft de fase van het diagram een omwentelingskegel.

Er valt op te merken dat het voorwerp gemaakt kan zijn uit een metaal, koper of aluminium, dat gewoonlijk gebruikt 30 wordt bij de fabrikage van radarbronnen waarbij de verkregen aftasthoek kleiner zal zijn dan die verkregen wanneer het voorwerp een dielektrikum is. Dit is een gevolg van het feit dat er langzaam verdwijnende modi gevormd worden.

Dergelijke bronnen kunnen voordelig gebruikt worden 35 bij volgantennes waarbij figuur 7 een dergelijke bron voorstelt 8202070 i -¾ - 7 - geplaatst voor een paar polarisatierotatiereflektoren. Men ziet in deze figuur de parabolische hoofdreflektor 9 met ervoor een reflektor 90 uit draden die onder ^5° hellen ten opzichte van de polarisatie, een hyperbolische hulpreflektor 10 met 5 draden evenwijdig aan de polarisatie van de primaire draaiende bron 30 geplaatst in de as van de antenne.

Men heeft zo een hyperfrequente bron beschreven voor een antenne met kegelfaseaftasting waarvan de mechanische uitvoering eenvoudiger is en gemakkelijker dan die van de be-10 kende uitvoeringen en die verhoogde resultaten hebben, voornamelijk in de breedte van de uitgezonden band.

8 2 0 2 07 0

Claims (10)

1. Primaire hyperfrequente bron voor antenne met kegel-faseaftasting welke een kegelhoorn bevat bekrachtigd door een vaste cirkelvormige golfgeleider volgens de modus TE^ ^, met het kenmerk, dat de hoorn (30) een voorwerp (31) bevat die 5 een golf vormt welke zich voortplant volgens de modus TE^ 90° in fase verschoven ten opzichte van de golf met modus TE^ ^ in het openingsvlak (Q) en middelen (32) om de elektrische veld-lijnen van de modus TE^ te laten draaien wat de afbuiging van de bundel met zich meebrengt in het symmetrievlak van het voor-10 werp.

2. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het voorwerp (31) draait binnen de hoorn (30) om de as (V) hiervan.

3. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 1, 15 met het kenmerk, dat het voorwerp (31) een geheel vormt met de hoorn (30) die draait om zijn as (V).

1. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de lengte van het voorwerp (31) kleiner is dan de lengte (L) van de hoorn gemeten volgens de voort-20 plantingsrichting, waarbij het voorwerp eindigt in het vlak van de opening Q van de hoorn (30).

5. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de lengte van het voorwerp van de orde is van 11/12 van de lengte (L) van de hoorn (30).

6. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het voorwerp (31) gemaakt is uit een stuk dielektrikum dat een plat binnenoppervlak (35) heeft evenwijdig aan de as (V) van de hoorn (30) en een buitenvlak dat samenvalt met het vlak van de hoorn over een segment (36) waarvan de 30 pijl (e) inligt tussen 1/6 en 1/1 van de waarde van de diameter (Φ1) van de opening van de hoorn (30).

7. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de dielektrische konstante van het materi- 8202070 - 9 - aal dat het voorwerp (31) vormt inligt tussen 2 en 1,5 met een de tangens van/verlieshoek die een kleine waarde heeft.

8. Primaire hyperfrequente bron volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het voorwerp (31) gemaakt is uit een 5 stuk metaal, koper of aluminium.

9· Antenne voor volgradar voorzien van een primaire bron volgens conclusie 3.

10. Primaire hyperfrequente bron in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 10 8.02070