DE1268224B - Directional antenna - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL: Int. CL:

HOIqHOIq

Deutsche KL: 21 a4-46/02German KL: 21 a4-46 / 02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1268 224
P 12 68 224.5-35
7. Mai 1960
16. Mai 19681268 224
P 12 68 224.5-35
May 7, 1960
May 16, 1968

Anmelder:Applicant:

TelefunkenTelefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Johann Bartholomä, 7900 Ulm;Johann Bartholomä, 7900 Ulm;

Heinz Brunner, 8870 GünzburgHeinz Brunner, 8870 Günzburg

Die Erfindung betrifft eine Richtantenne mit RichtantenneThe invention relates to a directional antenna with a directional antenna

mehreren vor einem gemeinsamen Reflektor in einerseveral in front of a common reflector in one

Zeile angeordneten, miteinander im wesentlichen Arranged in a row, essentially with one another

übereinstimmenden Hornstrahlern. Diese Richtantenne ist — wie üblich — sowohl zum Senden als auch zum Empfangen elektromagnetischer Energie geeignet. Zwecks Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden nur auf ihre Funktion im Sendefall Bezug genommen.matching horn radiators. This directional antenna is - as usual - both for transmitting and also suitable for receiving electromagnetic energy. In order to simplify the description In the following, reference is only made to their function in the case of transmission.

Bei einer bekannten Richtantenne dieser Art verlaufen die Hauptstrahlungsrichtungen der einzelnen Hornstrahler annähernd parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse ihres gemeinsamen, an seinem einen Ende eingespeisten Speisehohlleiters. An diesen sind die einzelnen Hornstrahler an Anschlußstellen angeschlossen, deren fortlaufender gegenseitiger Abstand gleich ist (USA.-Patentschrift 2718 592). Die einzelnen Hornstrahler sind hierbei über gekrümmte Hohlleiter an ihren Speisehohlleiter angeschlossen.In a known directional antenna of this type, the main radiation directions of the individual run Horn antennae approximately parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of their common, at feed waveguide fed into it at one end. The individual horn radiators are at connection points on these connected, the continuous mutual spacing of which is the same (USA.-Patent 2718 592). The individual horn radiators are connected to their feeder waveguides via curved waveguides connected.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt in der derartigen Ausbildung der vorstehend beschriebenen Richtantenne, daß ihr Richtdiagramm — gegebenenfalls auch während des Betriebs — unter Beibehaltung einer einheitlichen Phasenfront in beliebig vorgegebener Weise verformbar ist, was beispielsweise bei ihrem Einsatz als Antenne in einer mobilen bodenseitigen Präzisions-Anflug-Radaranlage auf einem Flugplatz bedeutsam ist, wenn Flugzeughallen und ähnliche im Radarbild störende Festziele aus dem Erfassungsbereich der Radaranlage ausgeblendet werden sollen.The object on which the invention is based resides in such a design of the one described above Directional antenna that its directional diagram - possibly also during operation - while maintaining a uniform phase front can be deformed in any predetermined manner, for example when used as an antenna in a mobile ground-based precision approach radar system an airfield is significant when hangars and similar fixed targets, which are disturbing in the radar image, are removed from the The detection area of the radar system should be hidden.

Die Erfindung geht somit aus von einer Richtantenne mit mehreren vor einem gemeinsamen Reflektor in einer Zeile angeordneten, miteinander im wesentlichen übereinstimmenden Hornstrahlern, deren zueinander annähernd parallelen Hauptstrahlungsrichtungen angenähert senkrecht zur Längsachse ihres gemeinsamen und an seinem einen Ende eingespeisten Speisehohlleiters verlaufen, an den sie einzeln über Hohlleiter an Anschlußstellen angeschlossen sind, deren fortlaufender gegenseitiger Abstand angenähert gleich ist, wobei jeder Anschlußhohlleiter derart in die Richtung des Speisehohlleiters gekrümmt ist, daß seine diesem abgewandte Wand in eine Wand des Speisehohlleiters übergeht, während die Verlängerung der dem Speisehohlleiter zugewandten Wand eine in den Speisehohlleiter ragende Scheidewand bildet, die als Leistungsteiler dient.The invention is thus based on a directional antenna with several in front of a common reflector arranged in a row, mutually substantially coincident horn radiators, their mutually approximately parallel main radiation directions approximately perpendicular to the longitudinal axis of their common and fed at one end of the feed waveguide, to which they individually over Waveguides are connected to connection points whose continuous mutual spacing approximates is the same, each connecting waveguide is curved in the direction of the feed waveguide that its wall facing away from this merges into a wall of the feed waveguide, while the extension the wall facing the feed waveguide forms a septum projecting into the feed waveguide, which serves as a power divider.

Bei dieser Richtantenne besteht die Erfindung darin, daß jede dieser Scheidewände als zur Querschnittsveränderung des Anschlußhohlleiters an seiner Anschlußstelle bewegbare Metallmembran ausgebildet ist und daß zwischen den Anschlußstellen im Speisehohlleiter voneinander getrennt einstellbare Phasenschieber vorgesehen sind.In this directional antenna, the invention is that each of these partitions as to change the cross section of the connecting waveguide formed at its connection point movable metal membrane is and that between the connection points in the feed waveguide separately adjustable phase shifters are provided.

Es ist an sich bekannt, bei einer Richtantenne mit mehreren vor einem gemeinsamen Reflektor in einer Zeile angeordneten, miteinander im wesentlichen übereinstimmenden Hornstrahlern voneinander getrennt einstellbare Leistungsteiler und Phasenschieber vorzusehen, um durch Einstellung der Leistungsteiler und Phasenschieber ein vorgegebenes Richtdiagramm einstellen zu können (französische Patentschrift 1021643).It is known per se, in a directional antenna with several in front of a common reflector in one Row arranged, mutually substantially coincident horn radiators separated from each other Provide adjustable power dividers and phase shifter by setting the power divider and phase shifter to be able to set a predetermined directional diagram (French patent specification 1021643).

An Hand der Abbildungen sei im folgenden ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben. Hierbei zeigtOn the basis of the figures, a particularly advantageous embodiment of the invention is shown below described in detail. Here shows

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Richtantenne nach der Erfindung,F i g. 1 shows a section through a directional antenna according to the invention,

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab einen der bei der Richtantenne nach Fig. 1 vorgesehenen Leistungsteiler im Schnittbild,F i g. 2, on an enlarged scale, one of the power dividers provided in the directional antenna according to FIG. 1 in the sectional view,

F i g. 3 den Schnitt AA durch den Leistungsteiler nach Fig. 2 undF i g. 3 the section AA through the power splitter according to FIG. 2 and

Fig. 4 Elementarrichtdiagramme und das resultierende Richtdiagramm der Richtantenne nach Fig. 1 bei Einstellung ihrer Leistungsteiler und Phasenschieber zum Erzeugen eines annähernd cosec²-förmigen Richtdiagramms.4 shows elementary directional diagrams and the resulting directional diagram of the directional antenna according to FIG. 1 when its power splitter and phase shifter are set to generate an approximately cosec ² -shaped directional diagram.

Die Richtantenne nach der Erfindung gemäß F i g. 1 besteht aus fünf nebeneinander in einer Zeile angeordneten einzelnen Hornstrahlern 1 bis 5, die derart ausgerichtet sind, daß sich ihre Hauptstrahlungsrichtungen 6 bis 10 in einen gemeinsamen Punkt auf der Spiegelhaut eines nicht gezeigten, vor diesen Hornstrahlern befindlichen Parabolrefiektors treffen.The directional antenna according to the invention according to FIG. 1 consists of five next to each other in a row arranged individual horn antennas 1 to 5, which are aligned such that their main radiation directions 6 to 10 in a common point on the mirror skin of a not shown, in front of these Hit the parabolic reflector located in the horn antenna.

809 549/145809 549/145

Über gekrümmte Hohlleiter 11 bis 15 sind die Hornstrahler an den Speisehohlleiter 16 angeschlossen. Die variable Leistungsaufteilung für die einzelnen Hornstrahler erfolgt über Leistungsteiler 17, die variable Einstellung der Phase der den einzelnen Hornstrahlern zugeführten Energie über Phasenschieber 18.The horn radiators are connected to the feed waveguide 16 via curved waveguides 11 to 15. the variable power distribution for the individual horn radiators takes place via power splitter 17, the variable Adjustment of the phase of the energy supplied to the individual horn radiators via phase shifter 18.

Fig. 2 zeigt vergrößert einen Leistungsteiler 17 der Richtantenne nach Fig. 1. An den Speisehohlleiter 16 ist der gekrümmte Hohlleiter 13 angeschlossen. Durch die federnde, etwa 0,2 mm starke Bronzemembran 19 erfolgt die Leistungsaufteilung der vom in der Figur unteren Teil des Hohlleiters 16 eingespeisten Energie auf den oberen Teil dieses Hohlleiters und den gekrümmten Anschlußhohlleiter 13 in Abhängigkeit von der Stellung der Einstellschrauben 20 und 21, die — zur Vermeidung von elektrischen Verlusten — über Stifte aus verlustarmem Material, beispielsweise Glasfaserstifte 22 und 23, die Bronzemembran 19 in Achsrichtung der Schrauben zu bewegen ermöglichen.FIG. 2 shows, enlarged, a power splitter 17 of the directional antenna according to FIG. 1. At the feed waveguide 16, the curved waveguide 13 is connected. Due to the resilient, approximately 0.2 mm thick bronze membrane 19 takes place the power distribution of the fed from the lower part of the waveguide 16 in the figure Energy on the upper part of this waveguide and the curved connecting waveguide 13 depending on the position of the adjusting screws 20 and 21, which - to avoid electrical losses - via pins made of low-loss material, such as fiberglass pins 22 and 23, allow the bronze membrane 19 to move in the axial direction of the screws.

Wie auch aus Fig. 3 ersichtlich, wobei Fig. 3 einen Schnitt durch den Hohlleiter nach Fig. 2 in Blickrichtung AA darstellt, ist die Bronzemembran 19 mit Sicken 24 versehen, so daß sie sich mittels der Einstellschrauben gut elastisch verformen läßt, um die für die gewünschte Leistungsteilung erforderliche räumliche Lage einnehmen zu können. An ihren Rändern 25 ist die Bronzemembran fest mit den Schmalseiten 26 und 27 des Speisehohlleiters 16 verbunden. As can be seen from FIG. 3, FIG represents. 3 is a section through the waveguide of FIG. 2 in the direction AA, the bronze membrane is provided with corrugations 24 19 so that they can be readily formed elastically with the adjusting screws to the for to be able to occupy the required spatial location for the desired division of services. At its edges 25, the bronze membrane is firmly connected to the narrow sides 26 and 27 of the feed waveguide 16.

Durch die Glasfaserstifte 22 und 23 treten Stör- ■ stellen für die elektromagnetischen Felder auf. Diese Störeffekte lassen sich durch im Abstand von η · A/4, wobei η = 1, 3, 5 ... und A die Wellenlänge im Hohlleiter bedeuten, vorzugsweise jedoch im Abstand von A/4 zu diesen Störstellen angeordnete !Compensations- ' stifte 28, beispielsweise gleichfalls Glasfaserstifte, aufheben. The fiber optic pins 22 and 23 cause interference ■ for the electromagnetic fields. These interfering effects can be caused by compensating pins arranged at a distance of η · A / 4, where η = 1, 3, 5 ... and A denote the wavelength in the waveguide, but preferably at a distance of A / 4 from these interfering points 28, for example also fiberglass pins, cancel.

Die in F i g. 1 gezeigten Phasenschieber 18 sind an sich bekannt. Sie bestehen aus dielektrischem Material in Form von paarweisen Scheiben einer Breite, die im wesentlichen den Innenabmessungen der Schmalseiten 26, 27 des Speisehohlleiters 16 entsprechen, und sind zumindest an einem Ende, im gezeigten Beispielsfall jedoch an beiden Enden pfeilförmig auslaufend, um durch sie bewirkte Reflexionen der elektromagnetischen Wellen zu verringern. Durch nicht im einzelnen gezeigte Einstellmittel, beispielsweise Schrauben und Glasfaserstifte, sind diese Phasenschieber senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 1 derart verschiebbar, wobei sich die Phasenschieberpaare aufeinander zu bewegen, daß durch jeden einzelnen Phasenschieber eine beliebige Phaseneinstellung zwischen 0 und 360° möglich ist. Selbstverständlich können auch beliebig andere, geeignete Phasenschieber an Stelle der gezeigten Phasenschieber 18 verwendet werden.The in F i g. Phase shifters 18 shown in FIG. 1 are known per se. They are made of dielectric material in the form of paired disks with a width that essentially corresponds to the internal dimensions of the Narrow sides 26, 27 of the feed waveguide 16 correspond, and are at least at one end, shown in FIG Example case, however, tapering arrow-shaped at both ends in order to reflect the reflections caused by them reduce electromagnetic waves. By setting means not shown in detail, for example Screws and fiber optic pins, these phase shifters are perpendicular to the plane of the display Fig. 1 so displaceable, wherein the phase shifter pairs to move towards each other that any phase setting by each individual phase shifter between 0 and 360 ° is possible. Of course, any other suitable Phase shifters can be used in place of the phase shifters 18 shown.

F i g. 4 zeigt als Beispiel ein mit der Richtantenne nach der Erfindung gemäß Fig. 1 einstellbares, hier cosec²-förmiges Antennenrichtdiagramm, aufgetragen als relative Feldstärke (S über dem Winkel α zur Hauptstrahlungsrichtung. Hierbei gibt die ausgezogene Kurve 32 die Sollkurve, die Kurve 33 die mit dem Hornstrahler 3 der Richtantenne nach Fig. 1 gemessene Charakteristik, die Kurve 34 die des Horn-Strahlers 2 der Richtantenne nach Fig. 1, die Kurve 35 die des Hornstrahlers 1 der Richtantenne nach Fig. 1 und die Kurve36 das sich aus den Einzelcharakteristiken als effektive Gesamtcharakteristik ergebende Strahlungsdiagramm wieder. Die gemessenen Abweichungen des resultierenden Strahlungsdiagramms von den theoretischen Sollwerten liegen in jedem Fall unter 2 db, meist sogar unter 1 db. Zur unabhängigen Messung der Einzelcharakteristiken, d. h. zur Aufnahme der Kurven 33, 34, 35, wurden jeweils sämtliche bis auf den gerade betrachteten Hornstrahler mit reflexionsarmem, leistungsabsorbierendem Material abgedeckt, so daß sie nicht zur Strahlung beitrugen. Die sich aus der Überlagerung der Einzelcharakteristiken der Hornstrahler 3,4 und 5 der Richtantenne nach Fig. 1 ergebende Gesamtcharakteristik ist in Fig. 4 nicht dargestellt, da sie spiegelsymmetrisch zu den gezeigten Kurven verläuft. Bei praktischen Messungen hat es sich herausgestellt, daß die Phasenschieber nur sehr selten, normalerweise nur während der ersten Einstellung der erfindungsgemäßen Richtantenne eingestellt zu werden brauchen. Zur Erzeugung eines andersgearteten Richtdiagramms sind dann normalerweise nur die Leistungsteiler zu verstellen. Es lassen sich erforderlichenfalls Skalen an den Einstellmitteln für die Leistungsteiler oder Rastervorrichtungen für vorgewählte, besondere Diagrammarten vorsehen, die einen besonders schnellen und einfachen Diagrammwechsel ermöglichen. Auch ist es häufig zweckmäßig, an sich bekannte Mittel zur Ferneinstellung zumindest der Leistungsteiler vorzusehen.F i g. 4 illustrates an example of the antenna according to the invention according to Fig. 1 adjustable, here ^cosec2 -shaped antenna directivity pattern, plotted as a relative field strength (S over the angle α to the main direction of radiation. This is the solid curve 32 is the desired curve, the curve 33, the Characteristic measured with horn antenna 3 of the directional antenna according to FIG. 1, curve 34 that of horn antenna 2 of the directional antenna according to FIG. 1, curve 35 that of horn antenna 1 of the directional antenna according to FIG. 1 and curve 36 that results from the individual characteristics The measured deviations of the resulting radiation diagram from the theoretical target values are in each case less than 2 db, mostly even less than 1 db all but the horn radiator just considered with an anechoic, power-absorbing M aterially covered so that they did not contribute to the radiation. The overall characteristic resulting from the superposition of the individual characteristics of the horn antennae 3, 4 and 5 of the directional antenna according to FIG. 1 is not shown in FIG. 4, since it is mirror-symmetrical to the curves shown. In practical measurements it has been found that the phase shifters only need to be adjusted very rarely, normally only during the first adjustment of the directional antenna according to the invention. To generate a different type of directional diagram, usually only the power dividers have to be adjusted. If necessary, scales can be provided on the setting means for the power dividers or raster devices for preselected, special types of diagrams, which allow a particularly quick and easy diagram change. It is also often expedient to provide means known per se for remote setting of at least the power dividers.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Richtantenne mit mehreren vor einem gemeinsamen Reflektor in einer Zeile angeordneten, miteinander im wesentlichen übereinstimmenden Hornstrahlern, deren zueinander annähernd paralleleHauptstrahlungsrichtungen angenähert senkrecht zur Längsachse ihres gemeinsamen und an seinem einen Ende eingespeisten Speisehohlleiters verlaufen, an den sie einzeln über Hohlleiter an Anschlußstellen angeschlossen sind, deren fortlaufender gegenseitiger Abstand angenähert gleich ist, wobei jeder Anschlußhohlleiter derart in die Richtung des Speisehohlleiters gekrümmt ist, daß seine diesem abgewandte Wand in eine Wand des Speisehohlleiters übergeht, während die Verlängerung der dem Speisehohlleiter zugewandten Wand eine in den Speisehohlleiter ragende Scheidewand bildet, die als Leistungsteiler dient, dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Scheidewände als zur Querschnittsveränderung des Anschlußhohlleiters an seiner Anschlußstelle bewegbare Metallmembran (19) ausgebildet ist und daß zwischen den Anschlußstellen im Speisehohlleiter voneinander getrennt einstellbare Phasenschieber (18) vorgesehen sind.1. Directional antenna with several arranged in a row in front of a common reflector, horn radiators essentially coinciding with one another, their main radiation directions approximately parallel to one another approximately perpendicular to the longitudinal axis of their common feed waveguide and fed in at one end run, to which they are individually connected via waveguides to connection points, their continuous mutual distance is approximately the same, each connecting waveguide so in the Direction of the feed waveguide is curved that its wall facing away from this in a wall of the Feed waveguide passes, while the extension of the wall facing the feed waveguide a septum protruding into the feed waveguide, which serves as a power divider, is thereby formed characterized in that each of these partitions is used to change the cross-section of the connecting waveguide movable metal membrane (19) is formed at its connection point and that between the connection points in the feed waveguide phase shifters (18) which can be set separately from one another are provided. 2. Richtantenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ferneinstellbarkeit jeder Metallmembran.2. Directional antenna according to claim 1, characterized by a remote adjustability each Metal membrane. 3. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch Mittel, vorzugsweise Glasfaserstifte (28), zur Kompensation der insbesondere durch die Einstellmittel (22, 23) der Leistungsteiler verursachten Störstellen für die elektromagnetischen Wellen.3. Directional antenna according to one of claims 1 and 2, characterized by means, preferably Fiberglass pins (28) to compensate for the power dividers, in particular due to the setting means (22, 23) caused defects for the electromagnetic waves. 4. Richtantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsmittel im Abstand von A/4, wobei A die Hohlleiterwellen-4. Directional antenna according to claim 3, characterized in that the compensation means in the Distance of A / 4, where A is the waveguide wave länge bedeutet, vor der jeweiligen Störstelle angeordnet sind.length means that they are arranged in front of the respective disturbance point. 5. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Metallmembranen Sicken (25) vorgesehen sind.5. Directional antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the metal membranes Beads (25) are provided. 6. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieber als Platten aus verlustarmem dielektrischem Material, die an mindestens einem Ende pfeilförmig auslaufen, ausgebildet sind.6. Directional antenna according to claim 1, characterized in that the phase shifter as plates made of low-loss dielectric material that taper off at least one end in the shape of an arrow, are trained. 10 In Betracht gezogene Druckschriften: 10 Publications considered: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1023 799;German Auslegeschrift No. 1023 799; deutsche Patentanmeldung P1982 (bekanntgemacht am 6. 11. 1952);German patent application P1982 (published November 6, 1952); französische Patentschrift Nr. 1021643; britische Patentschrift Nr. 656 852; USA.-Patentschriften Nr. 2540 839, 2718592, 900;French Patent No. 1021643; British Patent No. 656,852; U.S. Patents Nos. 2540 839, 2718592, 900; radiomentor, 1958, H. 11, S. 750 und 751; Proceedings of the IRE, 1940, März, S. 130.radiomentor, 1958, at 11, 750 and 751; Proceedings of the IRE, 1940, March, p. 130. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 549/145 5.68 © Bundesdruckerei Berlin809 549/145 5.68 © Bundesdruckerei Berlin