WO2001069720A1 - Vorrichtung zum richtungsselektiven senden und empfangen elektromagnetischer wellen - Google Patents

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    • H01Q3/242—Circumferential scanning

Definitions

  • the invention relates to a device for directionally selective transmission and reception of electromagnetic waves according to the preambles of claims 1 and 2
  • a circular parallel plate arrangement with central feed serves as the antenna.
  • a plurality of metal rods, one or more, which can be switched between the plates, are located between the plates Can reproduce reflector gratings At the edge of the parallel plate arrangement there are two truncated cones, which face each other with their flattened sides.
  • This antenna is only suitable for the vertical polarization plane, since the switchable metal rods as reflector gratings are polarization-sensitive, i.e. the switchable reflector grating is only effective for vertical polarization.
  • a horizontally polarized wave is not influenced and therefore cannot be controlled and emitted. Due to the poor radar cross-section (rcs-radar cross section) of the reflector grating, there is a slight pre-arrangement / Latch ratio These losses lead to a reduction in profit
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset, which can radiate both polarization planes independently of one another, has a high gain and in which only a few electronic means, in particular no phase shifters, have to be used for pivoting the radiation diagram, which also in are easy to control
  • the device should be very stable and easy to manufacture in its execution
  • the object is achieved in connection with the features mentioned in the preamble of claim 1 in that the exciter assembly is formed from an upper and a lower plate, at least one exciter element is provided in the center of the exciter assembly, the plates being spaced apart by a slit diaphragm running along the edge are, the slit diaphragm has horizontally and / or vertically extending slits, the radiation behavior of which can be controlled by electronic components for generating high-resistance or low-resistance states, with electronic control of the beam being effected by the control of the components
  • the metallic slit diaphragm running on the edge of the plates is advantageously formed by h-shaped elements which are arranged and spaced apart from one another such that a cross-slot results from the incisions and the distance between two elements
  • These horizontal and / or vertical slots in the slit diaphragm can be influenced in their radiation behavior by electronic components, which can assume high or low-resistance states
  • the object is achieved in connection with the features mentioned in the preamble of claim 2 in that the exciter assembly is formed by an upper and a lower plate, the plates are spaced apart by a central cylindrical body, a number of excitation elements spaced around the central cylindrical body are arranged on one of the plates, the excitation elements can be controlled individually or in groups by a control unit, wherein the control of the excitation elements results in an electronic beam swing
  • an embodiment results from the arrangement of a slit diaphragm around the central cylindrical body at the edge of the plates
  • Fig. 1 shows an inventive device with a bi-conical antenna in an exploded view
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an excitation part according to FIG. 1
  • FIG. 4 shows a third embodiment of an excitation part according to FIG. 1 5 shows a further variant of an inventive device with a bi-conical antenna in an exploded view
  • FIG. 6 shows a first embodiment of the exciter part according to FIG. 5
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the exciter part according to FIG. 5
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the exciter part according to FIG . 5
  • FIG. 1 an inventive device with a bi-conical antenna is shown in an exploded view.
  • the device consists of the two truncated cones 1 and 5, which face each other with their planes parallel to the base surface.
  • There is an exciter assembly 3 between these parallel planes is electrically conductively connected to the truncated cones 1.5 by plates 2 and 4 made of sheet metal.
  • the plates 2.4 form a radial plate line with the exciter assembly 3. All parts are metallic and form a stable construction
  • a component 8 for generating high-resistance or low-resistance conditions is provided on each incision of each element 12.
  • Components 9 are provided between adjacent elements 12 to control the vertical slots. Lines 10 lead to components 8, 9.
  • a coupling pin 7 is provided in the center of the circular arrangement and penetrates the lower plate 4. The coupling pin is surrounded by a coupling loop 6
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an exciter assembly 3 in an exploded view, in which the representation of the truncated cone has been omitted.
  • Two circular plates 2, 4 are also spaced here by h-shaped elements 12, the elements 12 being lined up without a distance only horizontal in this version Slots which can be controlled by components 8 Lines 10 lead to the components 8.
  • a coupling pin 7 is arranged in the center of the circular arrangement, the bottom plate 4 being pierced
  • the bi-conical design of the device is fed by a (also several) radial plate line (formed from plates 2 and 4).
  • the outer edge of the radial -Plate line is closed on the entire circumference of this excitation module 3 by a metallic slot diaphragm 11
  • horizontal, vertical or crossed slots are introduced in accordance with the design variants. These slots are resonant at the working frequency of the antenna and become radiant in their radiation behavior Influenced by electronic components 8.9 arranged in the field strength maximum or in its vicinity.
  • Components 8.9 can n Electronically or preferably optically controlled via lines 10 via optical waveguides (analog or digital). Horizontal directionality and side lobe suppression can thus be varied within wide limits by the number of radiating slots and thus by the control of components 8.9. Vertical directionality, side lobes and tilt are largely determined by the mechanical design of the two truncated cones 1 and 5. Tilt and side lobes can also be influenced electronically if two (or more) excitation modules 3 are used for the supply.
  • the Tilt (elevation) can be set electronically in a conventional manner by means of the phase position between the control signals of different excitation modules 3, should an electronically changeable tilt be required
  • FIG. 5 shows a further variant of a device according to the invention with a bi-conical antenna in an exploded view.
  • the device consists of two truncated cones 1 and 5, which face each other with their two planes parallel to the base surfaces. Between these two planes there is an exciter assembly 3, which are electrically conductively connected to the truncated cones 1.5 by plates 2.4 made of sheet metal. The plates 2.4 form a radial plate line with the exciter module 3
  • FIG. 6 shows a first embodiment for an excitation module 3 without showing the truncated cone.
  • a cylindrical body 15 is located centrally between the two plates.
  • a plurality of coupling pins 7 are regularly arranged around the cylindrical body 15 at the same distance. Each of the coupling pins 7 is surrounded by a coupling loop 6
  • the central cylindrical body 15 in FIGS. 6 to 8 is realized as a metallic reflector.
  • the power coupled in by the coupling pin / coupling loop 14/13 is reflected by the reflector.
  • a dielectric preferably in the form of a Luneburg lens, ie with a location-dependent permittivity are provided. The dielectric does not change the control of the coupling elements. In this case, the power coupled in by the coupling pin / coupling loop 14/13 passes through the dielectric
  • the bi-conical antenna is supplied by an exciter module 3, formed from coupling pins 14 and / or loops 13 (primary radiator), attached around a cylindrical body 15 (in the middle between the two truncated cones 1 and 5).
  • Conical antenna fed by a (also several) radial plate line (formed from plates 2 and 4).
  • the horizontal directional diagram is formed by always switching the corresponding coupling pins / coupling loops 14/13 with the microwave signal,
  • the horizontal directionality and side lobe depression can be varied within a wide range by controlling the coupling pins / coupling loops 14/13. Vertical directionality, side lobes and tilt are largely determined by the mechanical design of the two truncated cones 1 and 5.
  • Tilt and side lobes can also be electronically influenced when taking place instead of feeding one of two (or more) excitation modules 3 are used.
  • the principle-based, massive, electrically conductive connection between the lower and upper truncated cone 5.1 through the cylindrical body 15 in the middle of the radial plate line leads to good lightning protection of the antenna and to one mechanically stable construction
  • 360 ° ⁇ (n- number of coupling elements to 360 ° in the horizontal direction) n defined steps can be shifted, so that 360 ° swivel angle of the main lobe can be achieved in n steps in the azimuth direction.
  • the tilt (elevation) can be set electronically in a conventional manner by the phase position between the control signals of different excitation modules 3, if an electronic tilt should be required

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne, mit ein oder zwei Kegelstümpfen (1, 5), und zumindest einer Erregerbaugruppe (3) an der zur Grundfläche parallelen Ebene eines Kegelstumpfes (1, 5), wobei alle Einzelteile (1, 3, 5) aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch leitfähig verbunden sind, und wenigstens ein elektrisch isoliertes Erregerelement (6, 7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerbaugruppe (3) aus einer oberen und einer unteren Platte (2, 4) gebildet wird; im Zentrum der Erregerbaugruppe (3) wenigstens ein Erregerelement (6, 7) vorgesehen ist; die Platten (2, 4) durch eine am Rand verlaufende Schlitzblende (11) beabstandet sind; die Schlitzblende (11) horizontal und/oder vertikal verlaufende Schlitze aufweist, die durch elektronische Bauelemente (8, 9) zur Erzeugung hochohmiger oder niederohmiger Zustände in ihrem Strahlungsverhalten steuerbar sind; wobei durch die Ansteuerung der Bauelemente (8, 9) eine elektronische Strahlschwenkung erfolgt.

Description

Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2
Aus der DE 196 36 084 AI ist eine phasengesteuerte Antenne bekannt, bestehend aus einer vorgebbaren Anzahl von zeilen- und/oder matrixformig angeordneten Sende-/Empfangs- strahlerelementen, an die die zugehörigen Sende-/Empfangsmodule angeschlossen sind Die Sende-/Empfangsstrahlerelemente bestehen zeilenweise aus einem metallischen Hohlleiter mit einem rechteckformigen Querschnitt Das Problem bei derartigen Antennen besteht dann, daß zur Ansteuerung der einzelnen Sende-/Empfangsstrahlerelemente, zur Veränderung der Richtcharakteristik in Azimut und Elevation, eine umfangreiche, verlustbehaftete Steuerelektronik (Dampfungsteller und Phasenschieber) notwendig ist In horizontaler als auch in vertikaler Richtung ist der maximal erreichbare Winkelbereich, in dem der Strahl gesteuert werden kann, beschrankt Bei terrestrischer Anwendung werden zur Abdeckung von 360° in der horizontalen Ebene mehrere, mindestens 2, meistens 3 oder mehr, Antennen benotigt Eine elektronische Strahlschwenkung in der vertikalen Ebene ist bei terrestrischen Anwendungen selten erforderlich
Aus Kuhn, R Mikrowellenantennen, Verlag Technik Berlin, 1964 ist seit langem die sogenannte einfach- oder bi-konische Antenne bekannt Dieses trifft auch auf die unterschiedlichen Arten der Speisung zu Beispiele für die Speisung sind die koaxiale Speisung, bei der der Außenleiter des speisenden Koaxialkabels mit dem unteren Kegel und der Innenleiter mit dem oberen Kegel verbunden ist und die Antenne im TEM-Mode erregt wird oder die Speisung im Hohleitermode TM0ι (vertikale Polarisation der abgestrahlten Welle), angeregt durch einen Koppelstift Bei dieser Art der Speisung kann durch die Verwendung einer Koppelschleife auch der TEoi-Mode (horizontale Polarisation der abgestrahlten Welle) angeregt werden Darüber hinaus ist die Anregung der gewünschten Moden auch durch Ankopplung der Antenne an einen Rundhohlleiter (der z B in der Antenne mit offener Apertur endet) erreichbar, in diesem Fall kommen die Hohleitermoden TE0ι (horizontale Polarisation der abgestrahlten Welle) bzw TMυι (vertikale Polarisation der abgestrahlten Welle) zur Anwendung Weiterhin kann die Anregung mit einem rotierenden Hohleitermode TEn erfolgen, der im Rundhohlleiter durch einen dielektrischen Polarisator erzeugt wurde Alle diese Ausführungen der bi-konischen Antenne weisen in der horizontalen Ebene infolge der rotationssymmetrischen Anregung ein omnidirektionales Richtdiagramm auf, decken also 360° ab und bundein stark in der vertikalen Ebene Infolge der omnidirektionalen Richtcharakteristik in der horizontalen Ebene besitzt die Antenne trotz der starken Bündelung in der vertikalen Ebene nur einen geringen Gewinn In vertikaler Richtung ist durch die Veränderung der Kegelgeometrie eine mechanische Einstellung des Tilts (Richtung des Strahlungsmaximums in vertikaler Richtung) möglich
Aus der US 5 134 420 ist eine bi-konische Antenne mit hemispharischen bzw omnidirektionalen Beam bekannt Als Antenne dient eine einfach-konische oder bi-konische Antenne Die bi-konische Antenne wird durch zwei Kegelstumpfe gebildet, die mit ihren abgeflachten Seiten einander zugewandt sind und von einem Rundhohlleiter durchdrungen werden Der Rundhohlleiter weist im Bereich zwischen den beiden abgeflachten Enden der Kegelstumpfe vertikale Schlitze auf, die dazu dienen, einen Teil der Speiseleistung auskoppeln und horizontal polarisiert abzustrahlen, nachdem diese einen unterhalb des ersten Kegels der bi-konischen Antenne angeordneten, dielektrischen Polaπsator passiert hat Das obere Ende des Rundhohlleiters durchdringt die abgeflachte Seite des oberen Kegelstumpfes, endet dort mit offener Apertur und bildet mit der Innenseite des oberen Kegels einen Hornstrahler, der eine zirkulär polarisierte Welle abstrahlt Das Richtdiagramm dieser Antenne ist elektronisch nicht steuerbar, die Antenne weist keinen großen Gewinn auf, ist omnidirektional bzw hemispharisch und die beiden Polarisationen sind nicht unabhängig voneinander
Aus der DE 196 52 595 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur richtungsselektiven Abstrahlung elektromagnetischer Wellen bekannt Als Antenne dient eine einfach-konische oder bi-konische Antenne Die bi-konische Antenne wird durch zwei Kegel gebildet, die mit ihren Spitzen einander zugewandt sind Die Spitze des oberen Kegels ist zu einem Innenleiter und die verbreiterte Spitze des unteren Kegels zu einem Außenleiter eines gemeinsamen koaxialen Wellenleiters ausgeformt Zur Einkopplung elektromagnetischer Felder in den koaxialen Wellenleiter sind an dessen Außenleiter radialaußenseitig Anschlußbuchsen verteilt, mittels derer auf einer Leiterplatte angeordnete Kopplungselemente kontaktiert sind und eine elektromagnetische Welle im koaxialen Wellenleiter angeregt wird Verschiedene Schwingungszustande im koaxialen Wellenleiter fuhren zu entsprechenden Schwingungsmoden in der elektrisch mit diesem verbundenen bi-konischen Antenne Nachteilig ist, daß verschiedene Schwingungsmoden nur in der Koaxialleitung erzeugt werden können Dadurch ist die Anzahl der verwendbaren Moden und damit indirekt der kleinste verfügbare Offnungs- winkel im horizontalen Richtdiagramm der Antenne begrenzt Mit großer werdender Anzahl der verwendeten Moden sinkt die Bandbreite der Anordnung, der maximal erzielbare Gewinn der Anordnung ist also beschrankt Die Anordnung ist mechanisch nicht sonderlich stabil, die Ubergangszone zwischen koaxialen Wellenleiter und einfach- oder bi-konischer Antenne ist aufwendig zu fertigen Die Anordnung ist nur in der Lage, vertikal polarisierte Wellen abzustrahlen Zur Ansteuerung wird mindestens ein Phasenschieber benotigt
Aus der DE 3 237 136 AI ist noch eine Antenne mit elektronisch schwenkbarem Richtdiagramm bekannt Als Antenne dient eine zirkuläre Parallel-Platten-Anordnung mit zentraler Einspeisung Senkrecht zwischen den Platten befindet sich eine Vielzahl, als Kurzschlüsse zwischen die Platten schaltbaren Metallstaben, die ein oder mehrere Reflektorgitter nachbilden können Am Rande der Parallel-Platten-Anordnung befinden sich zwei Kegelstumpfe, die einander mit ihren abgeflachten Seiten zugewandt sind Diese Antenne ist nur für die vertikale Polarisationsebene geeignet, da die schaltbaren Metallstabe als Reflektorgitter polarisationssensitiv sind, d h. das schaltbare Reflektorgitter ist nur für die vertikale Polarisation wirksam Eine horizontal polarisierte Welle wird nicht beeinflußt und kann demzufolge auch nicht gesteuert und abgestrahlt werden Infolge des schlechten Radar-Ruckstreuquerschnittes (rcs- radar cross section) des Reflektorgitters ergibt sich für die Anordnung ein geringes Vor- /Ruckverhaltnis Diese Verluste führen zu einer Verringerung des Gewinns
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die beide Polarisationsebenen unabhängig voneinander abstrahlen kann, einen hohen Gewinn aufweist und bei der zur Schwenkung des Strahlungsdiagramms nur wenige elektronische Mittel, insbesondere keine Phasenschieber, eingesetzt werden müssen, die zudem in einfacher Weise ansteuerbar sind Die Vorrichtung soll in ihrer Ausführung sehr stabil und einfach zu fertigen sein Erfindungsgemaß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelost, daß die Erregerbaugruppe aus einer oberen und einer unteren Platte gebildet wird, im Zentrum der Erregerbaugruppe wenigstens ein Erregerelement vorgesehen ist, die Platten durch eine am Rand verlaufende Schlitzblende beabstandet sind, die Schlitzblende horizontal und/oder vertikal verlaufende Schlitze aufweist, die durch elektronische Bauelemente zur Erzeugung hochohmiger oder niederohmiger Zustande in ihrem Strahlungsverhalten steuerbar sind, wobei durch die Ansteuerung der Bauelemente eine elektronische Strahlschwenkung erfolgt
Die Vorrichtung laßt sich mit einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne realisieren Bei Verwendung einer bi-konischen Antenne sind die zur Grundfläche parallelen Ebene einander zugewandt, und die parallelen Ebenen der beiden Kegelstumpfe durch zumindest eine Erregerbaugruppe beabstandet
Das Erregerelement im Zentrum der Erregerbaugruppe wird durch einen Koppelstift oder durch eine Koppelschleife gebildet Es ist auch möglich Koppelstift und Koppelschleife gemeinsam vorzusehen Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines Hohlleiters als Erregerelement, der im Zentrum der Erregerbaugruppe endet Hierbei kommen als Anregungsmoden vorzugsweise solche Moden in Betracht, die zur Hohleiterachse rotationssymmetrische Feldverlaufe aufweisen, d h z B TE0r und TM0ι-Mode, und als orthogonale Moden voneinander entkoppelt sind Die Anregung kann auch mit einem rotierenden Hohleitermode TEπ erfolgen, der im Rundhohlleiter durch einen dielektrischen Polarisator erzeugt wurde
Für einfache Ausführungen können nur vertikal oder horizontal verlaufende Schlitze in der Schlitzblende ausreichend sein
Eine weitere Ausführung ergibt sich durch die abwechselnde Anordnung von vertikal und horizontal verlaufenden Schlitzen
Vorteilhaft wird die am Rand der Platten verlaufende metallische Schlitzblende durch h-formige Elemente gebildet, die so zueinander angeordnet und beabstandet sind, daß sich aus den Einschnitten und dem Abstand zweier Elemente zueinander jeweils ein Kreuzschlitz ergibt Diese horizontal und/oder vertikal verlaufenden Schlitze in der Schlitzblende sind durch elektronische Bauelemente, die hoch- oder niederohmige Zustande annehmen können, in ihrem Strahlungsverhalten beeinflußbar
Weiterhin laßt sich die Vorrichtung in der Ausbildung der Kegelstumpfe variieren Das kann durch gleiche als auch durch verschiedene Neigungswinkel der Kegelstumpfe, durch eine Profilierung der Oberflache derselben als auch durch Betreiben der Kegelstumpfe als dielektrisch belastete einfach- oder bi-konische Antenne erfolgen
Weiterhin wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 2 genannten Merkmalen dadurch gelost, daß die Erregerbaugruppe durch eine obere und eine untere Platte gebildet wird, die Platten durch einen zentrischen zylindrischen Korper beabstandet sind, eine Anzahl von Erregerelementen im Abstand um den zentrischen zylindrischen Korper auf einer der Platten angeordnet sind, die Erregerelemente einzeln oder in Gruppen von einer Steuereinheit ansteuerbar sind, wobei durch die Ansteuerung der Erregerelemente eine elektronische Strahlschwenkung erfolgt
In einer vorteilhaften Variante ist der zentrische zylindrische Korper ein Reflektor Bei einer weiteren Variante ist der zentrische zylindrische Korper ein Dielektrikum, vorzugsweise in der Ausführung einer Luneburg-Linse, d h mit einer ortsabhangigen Permittivitat
Diese Vaπante der Vorrichtung laßt sich ebenfalls mit einer einfach-konischen oder mit einer bi-konische Antenne realisieren Bei einer Ausführung mit einer bi-konischen Antenne sind die parallelen Ebenen der beiden Kegelstumpfe durch zumindest eine Erregerbaugruppe beabstandet
Die Erregerelemente um den zentrischen zylindrischen Korper können aus Koppelstiften oder Koppelschleifen gebildet werden Koppelstifte und Koppelschleifen können auch gemeinsam vorgesehen werden Außerdem können als Erregerelemente Hohlleiter eingesetzt werden, die zwischen den Platten in Abstand um den zentrischen zylindrischen Korper enden
Mit einer Ansteuerbaugruppe sind die Erregerelemente einzeln oder in Gruppen ansteuerbar verbunden Weiterhin laßt sich die Vorrichtung in der Ausbildung der Kegelstumpfe variieren Das kann durch gleiche als auch durch verschiedene Neigungswinkel der Kegelstumpfe, durch eine Profilierung der Oberflache derselben als auch durch Betreiben der Kegelstumpfe als dielektrisch belastete einfach- oder bi-konische Antenne erfolgen
Ferner ergibt sich eine Ausführung durch die Anordnung einer Schlitzblende um den zentrischen zylindrischen Korper am Rand der Platten
Der Vorteil der erfindungsgemaßen Vorrichtung besteht darin, daß bei minimalen Aufwand die Richtcharakteristik der Antenne elektronisch (tragheitslos) 360° in der horizontalen Ebene mittels einer Ansteuerung der Bauelemente oder der Koppelelemente schwenkbar ist, wobei die elektronische Strahlschwenkung ohne Phasenschieber realisiert wird Bei entsprechender Ansteuerung besitzt die Antenne in der horizontalen Ebene eine große Richtwirkung Die Antenne ist multibeamfahig, beide Polarisationsebenen sind voneinander entkoppelt und können unabhängig voneinander verwendet werden Durch einen Phasenunterschied von 90° in der Anregung zwischen beiden Polarisationsebenen kann darüber hinaus auch die Erzeugung von zirkularer Polarisation ermöglicht werden In der vertikalen Ebene weist die Antenne eine große Richtwirkung (kleiner Offnungswinkel) bei gut unterdruckten Nebenkeulen auf Es besteht die Möglichkeit durch die Anordnung mehrerer Erregerbaugruppen übereinander, mit einem größeren Ansteueraufwand, auch einen elektronisch einstellbaren Tilt zu realisieren Desweiteren ist die Antenne reziprok, d h für Sende- und Empfangsfall gleichermaßen geeignet Hierfür von besonderer Bedeutung ist die Verlustarmut etwaiger Bauelemente Infolge der großen Richtwirkung in horizontaler als auch in vertikaler Ebene ergibt sich ein vergleichsweise hoher Gewinn gegenüber der herkömmlichen bikonischen Antenne
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Zeichnungen naher erläutert Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemaße Vorrichtung mit bi-konischer Antenne in Explosivdarstellung
Fig. 2 eine erste Ausführung eines Erregerteils nach Fig. 1
Fig. 3 eine zweite Ausführung eines Erregerteils nach Fig. 1
Fig. 4 eine dritte Ausfuhrung eines Erregerteils nach Fig. 1 Fig. 5 eine weitere Variante einer erfindungsgemaßen Vorrichtung mit bi-konischer Antenne in Explosivdarstellung Fig. 6 eine erste Ausführung des Erregerteils nach Fig. 5 Fig. 7 eine zweite Ausführung des Erregerteils nach Fig. 5 Fig. 8 eine dritte Ausführung des Erregerteils nach Fig. 5
In der Fig. 1 wird eine erfindungsgemaße Vorrichtung mit einer bi-konischen Antenne in Explosivdarstellung gezeigt Die Vorrichtung besteht aus den beiden Kegelstumpfen 1 und 5, die mit ihren zur Grundflache parallelen Ebenen einander zugewandt sind Zwischen diesen parallelen Ebenen befindet sich eine Erregerbaugruppe 3, die mit den Kegelstumpfen 1,5 durch Platten 2 und 4 aus Blech elektrisch leitend verbunden ist Die Platten 2,4 bilden mit der Erregerbaugruppe 3 eine Radial-Platten-Leitung Alle Teile sind metallisch und bilden eine stabile Konstruktion
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Erregerbaugruppe 3 in Explosivdarstellung, bei der auf die Darstellung der Kegelstumpfe verzichtet wurde Die obere Begrenzung bildet eine scheibenförmige Platte 2 Zur unteren Begrenzung ist die Platte 4 mit gleicher Abmessung vorgesehen Die beiden Platten 2,4 sind durch eine metallische Schlitzblende 11 an deren Rand beabstandet Die metallische Schlitzblende 11 wird aus gleichmaßig am Umfang der Platten 2,4 verteilten h-fbrmigen Elementen 12 gebildet, wobei die h-formigen Elemente 12 mit ihren Seitenkanten auf den Platten 2,4 stehen Zwei benachbarte Elemente 12 bilden mit ihren Einschnitten einen horizontalen und dem Abstand einen vertikalen Schlitz in Form eines Kreuzschlitzes Zur Ansteuerung der horizontalen Schlitze ist an jeweils einem Einschnitt eines jeden Elementes 12 ein Bauelement 8 zur Erzeugung hochohmiger oder niederohmiger Zustande vorgesehen. Zur Ansteuerung der vertikalen Schlitze sind Bauelemente 9 zwischen jeweils benachbarten Elementen 12 vorgesehen Zu den Bauelementen 8,9 führen Leitungen 10 Im Zentrum der kreisrunden Anordnung ist ein Koppelstift 7 vorgesehen, der die untere Platte 4 durchstoßt Der Koppelstift ist von einer Koppelschleife 6 umgeben
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Erregerbaugruppe 3 in Explosivdarstellung, bei der auf die Darstellung der Kegelstumpfe verzichtet wurde Zwei kreisrunde Platten 2,4 sind hier ebenfalls durch h-formige Elemente 12 beabstandet, wobei die Elemente 12 ohne Abstand aneinandergereiht sind Somit ergeben sich bei dieser Ausfuhrung nur horizontale Schlitze, die durch Bauelemente 8 ansteuerbar sind Zu den Bauelementen 8 führen Leitungen 10 Im Zentrum der kreisrunden Anordnung ist ein Koppelstift 7, die untere Platte 4 durchstoßend angeordnet
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer Erregerbaugruppe 3 in Explosivdarstellung, bei der auf die Darstellung der Kegelstumpfe verzichtet wurde Zur Beabstandung der Platten 2,4 sind rechteckige Elemente 12 vorgesehen Es ergeben sich aus einem Abstand zwischen den Elementen 12 vertikale Schlitze, die durch Bauelemente 9 ansteuerbar sind Im Zentrum der kreisrunden Anordnung ist eine Koppelschleife 6 vorgesehen
Von einer zentralen Anregung (Koppelstift 7 oder -schleife 6, Primarstrahler) ausgehend, wird die bi-konische Ausführung der Vorrichtung durch eine (auch mehrere) Radial-Platten-Leitung (gebildet aus den Platten 2 und 4) gespeist Der äußere Rand der Radial-Platten-Leitung ist auf dem gesamten Umfang dieser Erregerbaugruppe 3 durch eine metallische Schlitzblende 11 verschlossen In diese Schlitzblende 11 sind entsprechend den Ausführungsvarianten horizontale, vertikale oder gekreuzte Schlitze (Sekundarstrahler) eingebracht Diese Schlitze sind resonant auf der Arbeitsfrequenz der Antenne und werden in ihrem Strahlungsverhalten durch im Feldstarkemaximum oder in dessen Nahe angeordnete, elektronische Bauelemente 8,9 beeinflußt Grundlage hierfür ist das grundsatzlich andere Strahlungsverhalten einer bei leitfahigem Bauelement 8,9 aus dem halbierten Schlitz gebildeten Apertur im Vergleich zu dem Verhalten des resonanten Schlitzes bei gesperrten Bauelement 8,9 Die Bauelemente 8,9 können durch Leitungen 10 elektronisch oder vorzugsweise optisch über Lichtwellenleiter (analog oder digital) angesteuert werden Horizontale Richtwirkung und Nebenkeulen-Unterdruckung können also durch die Anzahl der strahlenden Schlitze und damit durch die Ansteuerung der Bauelemente 8,9 in weiten Grenzen variiert werden Vertikale Richtwirkung, Nebenkeulen und Tilt werden maßgeblich durch die mechanische Ausführung der beiden Kegelstumpfe 1 und 5 bestimmt Tilt und Nebenkeulen können auch elektronisch beeinflußt werden, wenn zur Speisung statt einer zwei (oder mehrere) Erregerbaugruppen 3 verwendet werden Die prinzipbedingte, massive, elektrisch leitfahige Verbindung zwischen unterem und oberen Kegelstumpf 5,1 durch die Schlitzblende und die Abschirmung der Primarstrahler durch dieselbe führen zu einem hervorragenden Blitzschutz der Antenne und zu einer mechanisch äußerst stabilen Konstruktion Die Strahl Schwenkung erfolgt durch einfache Ansteuerung der Bauelemente 8,9 mit analogen, oder vorzugsweise, digitalen Ansteuersignalen Offnungswinkel und Richtwirkung einer oder mehrerer Hauptkeulen werden bestimmt durch die Anzahl der offenen, also strahlenden
Schlitze Eine Beeinflussung der Nebenkeulen ist durch eine analoge Ansteuerung der aktiven
Bauelemente 8,9 und/oder durch eine nicht aquidistante Anordnung der offenen, strahlenden
Schlitze, ebenfalls durch die Ansteuerung erreicht, möglich Der oder die so realisierten
Sektoren strahlender Schlitze können auf dem gesamtem Umfang der Schlitzblende 11 tragheitslos elektronisch in durch
360° φ (n- Anzahl der Schlitze auf 360° in horizontaler Richtung) n definierten Schritten beliebig verschoben werden, so daß in Azimutrichtung 360° Schwenkwinkel der Hauptkeule in n-Schritten erreicht werden Unabhängig davon kann bei Verwendung von zwei oder mehreren Erregerbaugruppen 3 der Tilt (Elevation) elektronisch auf konventionelle Art und Weise durch die Phasenlage zwischen den Ansteuersignalen unterschiedlicher Erregerbaugruppen 3 eingestellt werden, falls ein elektronisch veränderbarer Tilt erforderlich sein sollte
In der Fig. 5 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemaßen Vorrichtung mit bi-konischer Antenne in Explosivdarstellung gezeigt Die Vorrichtung besteht aus zwei Kegelstumpfen 1 und 5, die mit ihren beiden zu den Grundflächen parallelen Ebenen einander zugewandt sind Zwischen diesen beiden Ebenen befindet sich eine Erregerbaugruppe 3, die mit den Kegelstumpfen 1,5 durch Platten 2,4 aus Blech elektrische leitend verbunden sind Die Platten 2,4 bilden mit der Erregerbaugruppe 3 eine Radial-Platten-Leitung
In der Fig. 6 ist eine erste Ausfuhrung für eine Erregerbaugruppe 3 ohne Darstellung der Kegelstumpfe gezeigt Zwischen den beiden Platten befindet sich zentrisch ein zylindrischer Korper 15 Um den zylindrischen Korper 15 sind in gleichem Abstand eine Mehrzahl von Koppelstiften 7 regelmäßig angeordnet Jeder der Koppelstifte 7 ist von einer Koppel schleife 6 umgeben
In der Fig. 7 ist eine zweite Ausführung für eine Erregerbaugruppe 3 dargestellt Die Ausführung entspricht der Darstellung in Fig. 2, wobei hier nur Koppelstifte 14 (ohne Koppelschleifen) vorgesehen sind In der Fig. 8 ist eine dritte Ausführung für eine Erregerbaugruppe 3 dargestellt Die Ausführung entspricht der Darstellung in Fig. 2, wobei hier nur Koppelschleifen 13 (ohne Koppelstifte) vorgesehen sind
Der zentrische zylindrische Korper 15 in Fig. 6 bis 8 ist als metallischer Reflektor realisiert Die vom Koppelstift/Koppelschleife 14/13 eingekoppelte Leistung wird vom Reflektor reflektiert Anstelle des metallischen Reflektors kann auch ein Dielektrikum, vorzugsweise in der Ausführung einer Luneburg-Linse, d h mit einer ortsabhangigen Permittivitat vorgesehen werden Das Dielektrikum ändert dabei nichts an der Ansteuerung der Koppelelemente In diesem Falle passiert die vom Koppelstift/Koppelschleife 14/13 eingekoppelte Leistung das Dielektrikum
Die Speisung der bi-konischen Antenne erfolgt durch eine Erregerbaugruppe 3, gebildet aus Koppelstiften 14 und/oder -schleifen 13 (Primarstrahler), angebracht um einen zylindrischen Korper 15 (mittig zwischen beiden Kegelstumpfen 1 und 5) Von dieser Anregung ausgehend wird die bi-konische Antenne durch eine (auch mehrere) Radial-Platten-Leitung (gebildet aus den Platten 2 und 4) gespeist Die Formung des horizontalen Richtdiagramms erfolgt dadurch, daß immer die entsprechenden Koppelstifte/Koppelschleifen 14/13 durch einen Schalter mit dem Mikrowellensignal beaufschlagt werden, die gerade benotigt werden Horizontale Richtwirkung und Nebenkeulen-Unterdruckung können durch die Ansteuerung der Koppelstifte/Koppelschleifen 14/13 in weiten Grenzen variiert werden Vertikale Richtwirkung, Nebenkeulen und Tilt werden maßgeblich durch die mechanische Ausführung der beiden Kegelstumpfe 1 und 5 bestimmt Tilt und Nebenkeulen können auch elektronisch beeinflußt werden, wenn zur Speisung statt einer zwei (oder mehrere) Erregerbaugruppen 3 verwendet werden Die prinzipbedingte, massive, elektrisch leitfahige Verbindung zwischen unterem und oberen Kegelstumpf 5,1 durch den zylindrischen Korper 15 in der Mitte der Radial-Platten- Leitung fuhren zu einem guten Blitzschutz der Antenne und zu einer mechanisch stabilen Konstruktion
Die Strahlschwenkung erfolgt durch die Beaufschlagung der Ankoppelstifte 14 und/oder -schleifen 13 mit dem hochfrequenten Ansteuersignal in einer solchen Art und Weise, daß sich eine Gruppe von aktiven Ankoppelstiften 14 und/oder -schleifen 13 bildet Offnungswinkel und Richtwirkung einer oder mehrerer Hauptkeulen werden bestimmt durch die Anzahl der aktiven Koppelelelemente Eine Beeinflussung der Nebenkeulen ist durch
Veränderung der Leistung der entsprechenden Ansteuersignale oder durch eine nicht- aquidistante Anordnung der aktiven Koppelelemente, ebenfalls durch die Ansteuerung erreicht, möglich Der oder die so realisierten Sektoren aktiver Koppelelemente können auf dem gesamtem Umfang des gedachten Kreises durch alle Koppelelemente 13, 14 tragheitslos elektronisch in durch
360° φ = (n- Anzahl der Koppelelemente auf 360° in horizontaler Richtung) n definierten Schritten beliebig verschoben werden, so daß in Azimutrichtung 360° Schwenkwinkel der Hauptkeule in n-Schritten erreicht werden Unabhängig davon kann bei Verwendung von zwei oder mehreren Erregerbaugruppen 3 der Tilt (Elevation) elektronisch auf konventionelle Art und Weise durch die Phasenlage zwischen den Ansteuersignalen unterschiedlicher Erregerbaugruppen 3 eingestellt werden, falls ein elektronischer Tilt erforderlich sein sollte
Bezugszeichenliste
1 - Kegel stumpf
2 - Platte
3 - Erregerbaugruppe
4 - Platte
5 - Kegel stumpf
6 - Koppelschleife
7 - Koppelstift
8 - Bauelement
9 - Bauelement
10 - Leitung
11 - Schlitzblende
12 - Element
13 - Koppelschleife
14 - Koppelstift
15 - zylindrischer Korper

Claims

Patentansprüche
1 Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne, mit ein oder zwei Kegelstumpfen (1,5), und zumindest einer Erregerbaugruppe (3) an der zur Grundflache parallelen Ebene eines Kegelstumpfes (1,5), wobei alle Einzelteile (1,3,5) aus elektrisch leitfahigem Material bestehen und elektrisch leitfahig verbunden sind, und wenigstens ein elektrisch isoliertes Erregerei ement (6,7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerbaugruppe (3) aus einer oberen und einer unteren Platte (2,4) gebildet wird, im Zentrum der Erregerbaugruppe (3) wenigstens ein Erregerelement (6,7) vorgesehen ist, die Platten (2,4) durch eine am Rand verlaufende Schlitzblende (11) beabstandet sind, die Schlitzblende (11) horizontal und/oder vertikal verlaufende Schlitze aufweist, die durch elektronische Bauelemente (8,9) zur Erzeugung hochohmiger oder niederohmiger Zustande in ihrem Strahlungsverhalten steuerbar sind, wobei durch die Ansteuerung der Bauelemente (8,9) eine elektronische Strahlschwenkung erfolgt
2 Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne, mit ein oder zwei Kegelstumpfen (1,5), und zumindest einer Erregerbaugruppe (3) an der zur Grundfläche parallelen Ebene eines Kegelstumpfes (1,5), wobei alle Einzelteile (1,3,5) aus elektrisch leitfahigem Material bestehen und elektrisch leitfahig verbunden sind, und wenigstens ein elektrisch isoliertes Erregerelement (13,14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerbaugruppe (3) durch eine obere und eine untere Platte (2,4) gebildet wird, die Platten (2,4) durch einen zentrischen zylindrischen Korper (15) beabstandet sind, eine Anzahl von Erregerelementen (13,14) im Abstand um den zentrischen zylindrischen Korper (15) auf einer der Platten (2,4) angeordnet sind, die Erregerelemente (13,14) einzeln oder in Gruppen von einer Steuereinheit ansteuerbar sind, wobei durch die Ansteuerung Erregerelemente (13,14) eine elektronische Strahlschwenkung erfolgt
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer bi-konischen Antenne die zur Grundflache parallelen Ebene einander zugewandt sind, und die parallelen Ebenen der beiden Kegelstumpfe (1,5) durch zumindest eine Erregerbaugruppe (3) beabstandet sind
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerelement (6,7) durch einen Koppelstift (7) und/oder eine Koppelschleife (6) gebildet wird
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerelement (6,7) durch einen Hohlleiter gebildet wird, der im Zentrum der Erregerbaugruppe (3) endet
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Rand der Platten (2,4) verlaufende metallische Schlitzblende (11) durch h-formige Elemente (12) gebildet wird, die so zueinander angeordnet und beabstandet sind, daß sich aus den Einschnitten und dem Abstand zweier Elemente (12) ein Kreuzschlitz bildet
Vorrichtung nach Anspruch 1. 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Rand der Platten (2,4) verlaufende metallische Schlitzblende (11) durch h-formige Elemente (12) gebildet wird, die so aneinandergereiht sind, daß sich horizontale Schlitze ergeben
Vorrichtung nach Anspruch 1, 3, 4, oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Rand der Platten (2,4) verlaufende metallische Schlitzblende durch rechteckige Elemente (12) gebildet wird, die so angeordnet sind, daß sich vertikale Schlitze ergeben
Vorrichtung nach Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstumpfe (1,5) profiliert sind 10 Vorrichtung nach Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstumpfe (1,5) als dielektrisch belastete einfach- oder bi-konische Antenne betrieben werden
11 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente aus Koppelstiften (14) und/oder Koppelschleifen (13) gebildet werden
12 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente aus Hohlleitern gebildet werden
13 Vorrichtung nach Anspruch 2, 1 1, oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente (13,14) einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind
14 Vorrichtung nach Anspruch 2, 11, 12, oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrische zylindrische Korper (15) ein Reflektor ist
15 Vorrichtung nach Anspruch 2, 1 1, 12, oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrische zylindrische Korper (15) ein Dielektrikum ist
16 Vorrichtung nach Anspruch 2, 1 1, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2,4) zusatzlich durch eine am Rand verlaufende Schlitzblende (11) beabstandet sind
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
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