DE3403446C2 - Ultrahochfrequenz-Reflektoranordnung und Anwendung dieser Reflektoranordnung - Google Patents
Ultrahochfrequenz-Reflektoranordnung und Anwendung dieser ReflektoranordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ultrahochfrequenz-Reflektoranord
nung mit elektrisch auf Durchlässigkeit oder Reflexion
wunschgemäß steuerbarer Reflektivität unter Verwendung eines
Reflektornetzes, das aus zueinander parallelen, leitenden
Reihenanordnungen zusammengesetzt ist, die stellenweise durch
von einer Steuergröße steuerbare, variable Widerstandsele
mente unterbrochen sind, die je nach Steuerzustand entweder
auf Durchlaß oder Sperrung geschaltet werden können, so daß
das Reflektornetz dann entweder strahlungsdurchlässig oder
strahlungsreflektierend wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Anwendungen dieser
Reflektoranordnung.
Aus der Patentschrift US 43 14 249 ist eine Reflektoranord
nung mit elektrisch steuerbarer Reflektivität bekannt. Dabei
kann ein in einer metallischen Platte vorgesehener Resonanz-
oder Abstimmschlitz eine einfallende Mikrowelle entweder re
flektieren oder nicht. Wenn der Schlitz eine mit der Wellen
länge abgestimmte Länge hat, dann ergibt sich im wesentlichen
keine Reflexion. Wird die Schlitzlänge geändert, z. B. durch
Verkürzung des Schlitzes in seiner Mitte mittels einer PIN-
Diode, also mittels eines variablen Widerstandselemnts, dann
wird der Schlitz verstimmt und die Mikrowelle wird reflek
tiert. Eine solche Operation entspricht einer binären Schalt
weise. Die Anordnung ist also entweder streng durchlässig
oder streng reflektierend. Ein besonderes Ausführungsbeispiel
dieser bekannten Reflektoranordnung enthält eine eine ebene
Oberfläche bildende Anordnung von Platten, wobei die Schlitze
jeweils zwischen zwei Platten liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflektoran
ordnung für Ultrahochfrequenz mit progressiv einstellbarer
Reflektivität zu schaffen, wobei sie aufgrund ihrer Aktivie
rung für zahlreiche und verschiedene Anwendungsfälle, insbe
sondere für die Übertragung codierter Signale oder zur Erzeu
gung elektromagnetischer Köder, dienen kann.
Eine Reflektoranordnung, welche die gestellte Aufgabe löst,
ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt
drei Reflektornetze vorgesehen sind, welche trihedral nach
Art eines Tripelreflektors angeordnet sind und die drei Flä
chen des Tripelreflektors bilden, und daß die die Reflektor
netze bildenden, leitenden Reihenanordnungen jeweils aus
Drahtleitern oder Drahtleiterabschnitten bestehen, deren an
den Unterbrechungsstellen angeordnete variable Widerstands
elemente hinsichtlich ihrer Widerstandswerte kontinuierlich
von der zugeführten Steuergröße abhängen, so daß die Reflek
tornetze hinsichtlich ihrer Reflektivität einerseits vom
strahlungsreflektierenden Zustand, bei dem die die Drahtlei
ter durchfließenden Ströme aufgrund der hohen Widerstands
werte der Widerstandselemente Null sind, bis andererseits zum
vollkommen strahlungsdurchlässigen Zustand, bei dem die die
Drahtleiter durchfließenden Ströme aufgrund der sehr geringen
Widerstandswerte der Widerstandselemente groß sind, kontinu
ierlich einstellbar sind, wodurch die Realisierung jedes Re
flektivitätszwischenwertes ermöglicht ist.
Trihedral nach Art eines Tripelreflektors arbeitende Reflek
toranordnungen sind allgemein bekannt, wozu beispielsweise
auf DE-OS 24 61 945 und den Aufsatz von Muenzer, P.J.:
"Radarquerschnitt und Rückstrahleigenschaften von Radarre
flektoren und Flugzielen. Teil 2" in "NTZ", 1964, Heft 5,
Seiten 245 bis 254 hingewiesen wird. Gruppenantennen zur ge
steuerten Reflexion/Transmission mittels "Dioden-Gitter-An
ordnungen" für verschiedene Anwendungen sind aus dem Aufsatz
von Chekroun, C. et al. "RADANT: New Method of Electronic
Scanning" in "Microwave Journal", February 1981, Seiten 45
bis 47, 50, 52 und 53 sowie aus dem Aufsatz von Park, R.H.:
"Radant Lens: Alternative to Expensive Phased Arrays" in
"Microwave Journal", September 1981, Seiten 101 bis 105 be
kannt. In diesen beiden Aufsätzen ist beschrieben, wie Drähte
mit Dioden zur Bildung von Phasenverschiebungen benutzt wer
den und sich somit elektronisch abtastende Gruppenantennen
realisieren lassen.
Als variable Widerstandselemente sind bei der Reflektoranord
nung nach der Erfindung in vorteilhafter Weise Dioden vorge
sehen. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht
in diesem Fall darin, daß jedes der drei Reflektornetze unter
Bildung eines Drahtmaschennetzes aus zwei Unternetzen mit
Reihenanordnungen jeweils aus Drahtleitern oder Drahtleiter
abschnitten, an deren Unterbrechungsstellen Dioden angeordnet
sind, besteht, und daß die Reihenanordnungen des zweiten Un
ternetzes in bezug zu den Reihenanordnungen des ersten Unter
netzes orthogonal gerichtet sind. Vorteilhaft ist dann die
Teilung der Unternetze der Leiterdrähte im wesentlichen
gleich λ/2, wobei λ die mittlere Wellenlänge des auf die Re
flektoranordnung gesandten Ultrahochfrequenz-Strahlungsbün
dels ist.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform einer Reflektoran
ordnung nach der Erfindung moduliert man den Reflektivitäts
koeffizienten der drei trihedralen Reflektornetze des Tripel
spiegels durch eine entsprechende Steuerung der die Netze
durchsetzenden Ströme derart, daß ein hinsichtlich Amplitude
und/oder Frequenz moduliertes Signal entsprechend der ange
wendeten elektrischen Steuerung reflektiert wird. Daraus er
gibt sich, daß eine durch ein Ultrahochfrequenzbündel "be
leuchtete" Reflektoranordnung in Richtung der "Beleuchtungs"-
Quelle eine amplituden- und/oder frequenzmodulierte Nachricht
zurücksenden kann, die mit der zu übertragenden Information
behaftet ist. Selbstverständlich kann diese Information nach
irgend einer an sich bekannten zweckmäßig codierten Technik
derart erfolgen, daß sie nur von befugten Geräten entchif
friert werden kann. Eine solche Reflektoranordnung ermöglicht
es somit, Identifikationseinrichtungen zu schaffen, die
gleichzeitig sicher, wirtschaftlich und genau sind und Anwen
dung in großem Umfang, insbesondere auf dem Gebiet der Zivil-
und Militärluftfahrt, finden können.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Reflektoranordnung nach
der Erfindung besteht darin, daß der Öffnungswinkelbereich
des Tripelreflektors über seiner Gesamtfläche mit einem zu
sätzlichen Netz bedeckt ist, das in gleicher Weise wie jedes
der drei anderen Netze des Tripelreflektors ausgebildet ist.
Dieses zusätzliche Netz ist vorteilhaft mit einer konvexen
Krümmung geformt. Dabei kann die konvexe Krümmung des zusätz
lichen Netzes eine Krümmung von konstantem Radius sein. Steu
ert man das zusätzliche Netz auf Durchlässigkeit, so stellt
sich heraus, daß sein Vorhandensein die Arbeitsweise der Re
flektoranordnung nicht modifiziert. Wenn man dagegen das zu
sätzliche Netz auf Reflexion steuert, wird jedes Ultrahoch
frequenzbündel, welches hierauf auftrifft, in sämtliche Rich
tungen des Raum reflektiert, wobei in diesem Fall die betref
fende Reflektoranordnung gewissermaßen "unsichtbar" wird. So
kann man nach Wunsch die Reflektoranordnung in gewünschten
Augenblicken "tarnen", wenn ihr Vorhandensein nicht aufspür
bar sein soll.
Eine vorteilhafte Anwendung einer Reflektoranordnung nach der
Erfindung besteht darin, daß man den Reflektivitätskoeffi
zienten der drei Netze des Tripelreflektors durch entspre
chende Steuerung der die Netze durchsetzenden Ströme derart
moduliert, daß ein hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz
entsprechend der angewendeten elektrischen Steuerung modu
liertes Signal reflektiert wird. Der Reflektoranordnung kann
in vorteilhafter Weise eine durch eine geeignet ausgebildete
Vorrichtung ausgelöste Steuerung, die vorzugsweise codiert
ist, zugeordnet werden, die die programmierte Modulations
folge der Reflektoranordnung in Gang setzt. Zweckmäßig wird
das zusätzliche Netz auf Durchlaß gesteuert, wenn die Reflek
toranordnung auf Modulation gesteuert ist, und auf vollkom
mene Reflexion gesteuert, wenn sich die Reflektoranordnung im
Ruhezustand befindet. Es handelt sich hierbei also um eine
Anwendung der Reflektoranordnung nach der Erfindung zur Iden
tifikation. So können befugte Geräte die Reflektoranordnung,
ausgehend von einem Schlüssel abfragen, und als Antwort eine
codierte Nachricht empfangen, während für nicht befugte Ge
räte, die keinen Frageschlüssel besitzen, die Reflektoranord
nung unsichtbar bleibt.
Eine andere Anwendung der Reflektoranordnung nach der Erfin
dung auf die Erzeugung elektromagnetischer Köder, insbeson
dere für die Umleitung von Raketen, ist dadurch gekennzeich
net, daß mehrere Reflektoranordnungen einander zugeordnet
sind, daß insbesondere für die Umleitung der Raketen Position
und Richtung der Rakete bestimmt werden und daß die Modula
tion jeder Reflektoranordnung derart gesteuert wird, daß in
Höhe der Rakete eine örtliche Phasenfront erzeugt wird, deren
Normale bezüglich der Richtung des Ziels, auf das sich die
Rakete zubewegte, abweicht. Modifiziert man so örtlich die
Richtung der Phasenfront der von der Rakete empfangenen Welle
in Abhängigkeit von dem "Beleuchtungsbündel", das auf die Re
flektoranordnungen gerichtet ist, so lenkt man die Rakete aus
der richtigen Richtung, der sie hätte folgen müssen, um das
Ziel zu erreichen, ab.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wer
den. Diese zeigen in:
Fig. 1, 2 und 3 schematisch eine erfindungsgemäß ausgelegte
Reflektoranordnung und die Antwort, die sie
je nach dem Zustand, auf den sie gesteuert
wird, reflektiert;
Fig. 4 wie die vorhergehenden Figuren eine Reflek
toranordnung, die mit einem zusätzlichen
Steuernetz ausgestattet ist;
Fig. 5 in größerer Darstellung und schematisch einen
Teil der Oberfläche eines Netzes, der verwen
det werden kann, um eine Reflektoranordnung
nach der Erfindung zu bilden;
Fig. 6 Kurven, welche die Reflektivität der Reflek
toranordnung entsprechend der auf die sie
bildenden elektrischen Netze angewendeten
elektrischen Steuerung zeigen;
Fig. 7 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Re
flektoranordnung für die Bildung von Identi
fikationsmarkierungen oder Funkfeuern;
Fig. 8 - wie Fig. 7 - eine Variante zur Steuerung
der Markierungen oder Kennzeichen;
Fig. 9 ein Schema, das die Fortpflanzung der Phasen
front der Reemissionssignale von zwei Markie
rungen erläutert;
Fig. 10 schematisch die Anwendung von Reflektoranord
nungen nach der Erfindung auf die Erzeugung
elektromagnetischer Köder; und
Fig. 11 in größerer Darstellung die in Fig. 10 mit
dem Kreis XI bezeichnete Einzelheit.
In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine im wesentlichen aus drei
Drähten-Dioden-Netzen bestehende Reflektoranordnung darge
stellt, wobei diese entsprechend den drei Ebenen 1, 2, 3 ei
nes Trieders mit einem Spitzenwinkel 0 angeordnet sind. In
den Zeichnungen ist das Trieder ein solches mit rechtem Win
kel entsprechend einem Achtel einer Kugel. Der feste Öff
nungswinkel des Trieders nimmt also ein Achtel des Raumes
ein.
Nach der Erfindung ist jede Ebene 1, 2, 3 der Reflektoranord
nung eine Ebene mit steuerbarer progressiver Reflektivität
und wird durch ein Drähte-Dioden-Netz gebildet, beispiels
weise von einem weiter unten zu beschreibenden Typ.
In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand Nummer 1 hat jede
Ebene des Trieders eine Reflektivität von im wesentlichen
100%. Anders ausgedrückt, ein einfallendes Bündel von Ul
trahochfrequenzwellen 4, die auf die Reflektoranordnung R,
beispielsweise auf die Reflexionsebene 1, fallen, wird im we
sentlichen ohne Verlust auf die Ebene 2 reflektiert, wie bei
5 dargestellt, und in Richtung 6 im wesentlichen parallel zum
auftreffenden Bündel 4 zurückgesandt. Das Reemissionssignal,
gebildet durch das Rückbündel 6, ist leistungsstark und rich
tig auf den Sender zurück gerichtet, beispielsweise auf ein
Flugzeugradar, welches die als Markierung oder Funkfeuer die
nende Reflektoranordnung R abfragt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand werden die Ebenen 1, 2
und 3 der Reflektoranordnung R elektrisch derart gesteuert,
daß diese Ebenen durchlässig für die empfangenen Ultrahoch
frequenzwellen sind. Anders ausgedrückt, die Reflektivität
der drei Ebenen des Trieders ist im wesentlichen null. Unter
diesen Bedingungen durchsetzt das auf die Ebene 1 der Reflek
toranordnung R fallende Bündel von Ultrahochfrequenzwellen
sie, wie bei 4' dargestellt, ohne praktisch an dieser Ebene
reflektiert zu werden. Die sehr geringe reflektierte Energie,
welche unter Berücksichtigung der weiter unten beschriebenen,
aufgebauten Felder geringer als 1/100 der empfangenen Energie
ist, wird entsprechend der Richtung 5 zurückgesandt; diese
Energie durchsetzt praktisch die Ebene 2, wie bei 5' angege
ben, derart, daß das reflektierte Bündel 6 eine praktisch
vernachlässigbare Energie darstellt. In einem solchen Zustand
wird die Reflektoranordnung R "unsichtbar" aufgrund ihrer
"Transparenz".
Nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung kann der Reflekti
vitätskoeffizient der Ebenen 1, 2, 3, welche die Reflektoran
ordnung R bilden, derart gesteuert werden, daß er nicht nur
benachbart 100% (Fall der Fig. 1) oder 0% (Fall der Fig. 2)
ist, sondern vielmehr auch jeden Zwischenwert annehmen kann.
In Fig. 3 ist ein Zwischenzustand dargestellt worden, bei
welchem man angenommen hat, daß der Reflektivitätskoeffizient
jeder Ebene im wesentlichen gleich 50% war. Unter diesen Be
dingungen teilt sich das auf die Ebene 1 auftreffende Bündel
4 in ein Bündel 4', das die Ebene 1 durchsetzt, und ein durch
diese Ebene reflektiertes Bündel 5, wobei diese beiden Bündel
im wesentlichen die gleiche Energie haben. In gleicher Weise
teilt sich das Bündel 5, indem es auf die Ebene 2 der Reflek
toranordnung fällt, in ein durchgelassenes Bündel 5' und ein
reflektiertes Bündel 6' von ebenfalls gleicher Stärke, der
art, daß das von der Reflektoranordnung R reflektierte Bündel
6, das die gleiche Frequenz wie das ausgesandte Bündel 4 hat,
eine im wesentlichen um 3/4 verminderte Amplitude, wie in den
Zeichnungen schematisiert ist, aufweist.
Man sieht, daß ausgehend von dem Augenblick, in dem man über
Ebenen 1, 2, 3 mit progressiv steuerbarer Reflektivität ver
fügt, es möglich wird, nach Wunsch die Intensität des Bündels
reflektierter Ultrahochfrequenzwellen 6, ausgehend vom emp
fangenen Ultrahochfrequenzwellenbündel 4, zu modulieren. Wenn
im übrigen, wie dies nach der Erfindung der Fall ist, die Mo
difikationssteuerung der Reflektivität der Ebenen der Reflek
toranordnung mit großer Leichtigkeit erfolgen kann, so wird
es möglich, die Amplitude der reemittierten Signale zu modu
lieren, um jede gewünschte entsprechende Information zu lie
fern. Im übrigen ist es aufgrund der betrachteten hohen Fre
quenz möglich, das rückgesandte Signal hinsichtlich der Fre
quenzmodulation, falls gewünscht, zu verarbeiten.
In Fig. 4 erkennt man eine Reflektoranordnung R vom gleichen
Typ wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben, die jedoch
außer den drei Ebenen 1, 2, 3 mit variabler Reflektivität
eine Fläche 7 aufweist, die in der allgemeinen Kugelkalotten
gestalt geformt ist und den ganzen Öffnungswinkel der Reflek
toranordnung R überdeckt. Diese Fläche 7 ist aus einem Netz
mit Eigenschaften gleich denen der Netze geformt, welche die
drei Ebenen 1, 2, 3 mit steuerbarer Reflektivität der Reflek
toranordnung R bilden.
Es zeigt sich, daß es mit diesem zusätzlichen Netz 7 möglich
wird, einen neuen steuerbaren Reflektivitätseffekt zu erhal
ten.
Wenn das Netz 7 elektrisch hinsichtlich Durchlässigkeit ge
steuert wird, so verhält sich die Reflektoranordnung R so,
als wenn diese Fläche nicht vorhanden wäre. Wenn dagegen das
zusätzliche Netz 7 derart gesteuert wird, daß die Fläche 7
reflektierend wird, so wird ein auftreffendes Wellenbündel 4
an der Oberfläche der Kalotte 7 reflektiert und nach außen,
wie bei 8 schematisiert dargestellt ist, zurückgesandt, wobei
die konvexe Krümmung der Fläche 7 dazu führt, daß der Sender,
beispielsweise das Radar eines Flugzeugs, beim Versuch, die
Reflektoranordnung zu lokalisieren, praktisch kein Rücksignal
empfängt, da sich die Reflektoranordnung in diesem "unsicht
baren" Zustand befindet.
In Fig. 5 ist eine praktische Verwirklichungsform des Netzes
gezeigt, welche es ermöglicht, die Flächen der Ebenen 1, 2, 3
der Reflektoranordnung und der schützenden Kugelkalotte 7 zu
bilden.
Das in Fig. 5 dargestellte Netz, das insgesamt mit 10 be
zeichnet ist, besteht aus zwei Unternetzen aus mit Dioden be
setzten Drähten (oder Drähten-Dioden), die einander zugeord
net sind und jeweils entsprechend einer allgemeinen Richtung
X und der allgemeinen orthogonalen Richtung Y ausgerichtet
sind.
Praktisch kann man auf ein und der selbenen Fläche einer Trä
gerplatte eines Kunststoffmaterials geeigneter Qualität
(nicht dargestellt), beispielsweise nach der Technik der ge
druckten Schaltungen, ein Gitter aus quadratischen Maschen
mit der Wellenlänge λ/2 aufbauen (wobei λ die mittlere Länge
der von der Reflektoranordnung empfangenen elektromagneti
schen Wellen ist), wobei jeder Knoten des Gitters von einem
metallischen leitenden Plättchen in der allgemeinen Gestalt
einer ringförmigen Pille eingenommen ist. Jede Pille selbst
ist in zwei Halbpillen, nämlich in die Halbpille Ps (oberes
Plättchen, horizontal schraffiert) und die Halbpille Pi
(unteres Plättchen, vertikal schraffiert) unterteilt, die
elektrisch voneinander durch einen Zwischenraum oder einen
Schnitt getrennt sind.
Ausgehend von diesen Plättchen wird es möglich, die elektri
sche Stromzufuhr an sämtliche Drahtabschnitte, welche zu je
zwei jede benachbarte Platte auf einer einzigen Seite ein und
der selbenen Trägerplatte vereinigen, zu realisieren, derart,
daß bei Speisen des Netzes 10 über einen seiner Abschnitte
(links in der Figur), wie durch die Zeichen + angedeutet, und
indem man den Strom am anderen Abschnitt (rechts auf der Fi
gur) sammelt, wie durch die Zeichen - angegeben, es möglich
wird, jeden Abschnitt der mit einer Diode besetzten quadrat
förmigen Maschen zu speisen. In der Figur hat man in besonde
rer Weise, um den Gleichstromverlauf leichter verfolgen zu
können, die Linie X3 bzw. X'3 eingezeichnet.
Eine solche Konstruktion macht es möglich, daß
- a) wenn das Netz mit starken Strömen gespeist wird, bei spielsweise mit Stromstärken in der Größenordnung von 20 Milliampere, das Netz vollständig durchlässig gegen über es durchsetzenden Ultrahochfrequenzwellen wird;
- b) wenn das Netz nicht mit elektrischem Strom gespeist wird, ein solches Netz sich wie eine vollkommen reflektierende Fläche gegenüber einem Ultrahochfrequenzbündel der be trachteten Wellenlänge verhält, wobei der Reflektivitäts koeffizient klar über 99% liegt;
- c) wenn man das Netz mit niedrigen Strömen speist, d. h. zwi schen denen zwischen einer Stromstärke null und einer ho hen Stromstärke (20 Milliampere müssen als hohe Strom stärke angesehen werden), so erhält man einen Reflektivi tätszwischenkoeffizienten, der in dem Ausmaß abnimmt, wie die Stärke des das Netz durchfließenden Stromes zunimmt.
Als Anhaltspunkt sei ein Konstruktionsbeispiel eines Maschen
netzes gegeben, das dazu bestimmt ist, auf eine mittlere Fre
quenz von 9000 MHz (X-Frequenzband) zentriert zu werden.
Bei der betrachteten Frequenz erhält man somit eine Wellen
länge λ gleich 3,3 cm oder eine Maschenbreite λ/2 in der Grö
ßenordnung von etwa 1,7 cm. Die verwendeten Dioden sind vom
Typ PIN 5082-3080 und verfügen über eine Gesamtkapazität von
0,21 pF bei weniger als 50 Volt und einer Durchschlagsspan
nung von mehr als 350 Volt für einen Strom von 10 Mikroam
pere.
Ein so aufgebautes Netz verfügt über einen Reflektivitäts
koeffizienten, der im wesentlichen entsprechend der Stärke
des die Maschen des Netzes durchsetzenden Stromes und unter
geordnet als Funktion der Frequenz der empfangenen Welle va
riiert. Fig. 6 drückt genau die entsprechenden Ergebnisse
aus.
In Fig. 6 ist an der Ordinate in Dezibel der Verlust des Si
gnals durch Transparenz eines solchen Netzes als Funktion der
Frequenz, die an der Abszissen aufgetragen ist, für Kurven
gleichen Stromes aufgetragen.
Die Kurve I = 0 gibt an, daß bei der Frequenz von 9000 MHz
der Transmissionsverlust des Signals bei Durchgang durch das
Netz in der Größenordnung von 30 dB liegt. Dies bedeutet, daß
nur 1% des Signals das Netz durchsetzt, 99% des Signals
werden reflektiert. Bei den benachbarten Frequenzen von 8 000
und 10000 MHz sieht man, daß der Transmissionsverlust bei
Durchgang durch das Netz in der Größenordnung von 12 dB
liegt, was bedeutet, daß etwa 10% der Leistung des Signals
das Netz durchsetzen, während 90% dieser Leistung reflek
tiert werden.
Für einen Strom, der sehr nahe bei I = 20 Milliampere liegt,
stellt man fest, daß der Verlust des Signals bei Transmission
des Netzes kleiner als 0,2 dB ist, was bedeutet, daß wenig
stens 99% der Signalleistung frei durch das Netz gehen und
weniger als 1% reflektiert werden.
Eine für die Stromstärke I = 0,2 Milliampere gezeichnete Zwi
schenkurve zeigt, daß für eine solche Stromstärke der Reflek
tivitätskoeffizient um die Frequenz von 9000 MHz in der Grö
ßenordnung von 90% liegt.
In Fig. 6 sind keine weiteren Kurven eingezeichnet, um die
Zeichnung nicht zu überladen; sämtliche Zwischenwerte können
jedoch erhalten werden, indem man progressiv die Stärke des
die Maschen des Netzes durchsetzenden Stromes variiert. Bei
einem Anwendungsfall, bei dem die Reflektoranordnung eine
Öffnungsbreite L, wie sie in Fig. 1 angegeben ist, in der
Größenordnung von 17 cm aufweist, erscheint die Reflektoran
ordnung mit einer Fläche äquivalent von 10 m2 für eine Strom
stärke null, die auf 2 m2 für eine Stromstärke von 2 Milliam
pere vermindert ist und sich auf 0,1 m2 für die Steuerung mit
einer Stromstärke von 20 Milliampere vermindert, wobei diese
Werte nur beispielsweise gegeben sind und von Konstruktions
parametern des Netzes und der verwendeten Dioden abhängen.
An dieser Stelle der Beschreibung scheint es wichtig zu sein,
darauf hinzuweisen, daß die Erfahrung zeigt, daß die Ergeb
nisse nicht wesentlich modifiziert werden, selbst für starke
Änderungen des Auftreffens, bezogen auf die Reflexionsebene
des Netzes der Orientierung im Raum der Vektoren und der
auftreffenden Welle.
Durch die Gestaltung des Netzes, wie in Fig. 5 angegeben, be
steht keine Schwierigkeit, das Netz entsprechend jeder ge
wünschten Fläche zu gestalten und ihm beispielsweise eine Ku
gelkalottenform zu verleihen, um zu einem Netz zu kommen, das
wie bei 7 in Fig. 4 ausgebildet ist.
Ein Anwendungsfall der Reflektoranordnung nach der Erfindung
wird nun mit Bezug auf Fig. 7 gegeben.
In Fig. 7 ist eine Reflektoranordnung R schematisch darge
stellt, gegen die oder in deren Nähe sich Flugzeuge 11, 12
und 13 bewegen. Jedes Flugzeug sendet gegen die Reflektoran
ordnung R ein kontinuierliches Signal, das durch 14, 15, 16
schematisiert ist, beispielsweise im betrachteten X-Frequenz
band (9000 MHz) aus.
Wenn die Reflektoranordnung R derart geregelt ist, daß modu
lierte Ströme ihre drei Netze 1, 2, 3 durchsetzen, so werden
die gegen jedes der sendenden Flugzeuge reflektierten Signale
entsprechend (und in identischer Weise) wie bei 17, 18, 19
angedeutet, moduliert. Diese modulierten Signale übertragen
auf die abfragenden Flugzeuge eine Nachricht, beispielsweise
zur Identifikation der Kennzeichnung oder des Funkfeuers.
Wenn die Modulation der Kennzeichnung auf ja/nein geht
(Reflektivität entweder voll oder null), so wird das reflek
tierte Signal ebenfalls auf ja/nein moduliert und in Form ei
nes gestrichelten Wellenzugs empfangen. Wenn die Netze mit
regelbarer Reflektivität in progressiver Weise moduliert wer
den, wird es möglich, ein frequenzmoduliertes Signal zurück
zusenden, welches "reicher" ist und von besserer Qualität
sein kann.
Die Reflektoranordnung R kann aus mehreren nebeneinander ge
setzten Triedern bestehen, die so viele Achtel-Kugeln wie
notwendig bilden, derart, daß eine Orientierung in sämtlichen
nützlichen Richtungen des Raumes erfolgt.
Nach dem in Fig. 8 angegebenen Anwendungsfall schickt ein
Flugzeug gegen eine Reflektoranordnung R ein Signal 21, das
versucht, das Vorhandensein der Reflektoranordnung zu ermit
teln.
Unter der Annahme, daß diese Reflektoranordnung mit einem zu
sätzlichen Netz wie 7 (Fig. 4) ausgestattet ist, kann man so
vorgehen, daß das Netz auf Reflektivität gesteuert ist und
das Signal 21 durch das Flugzeug 20 in sämtliche Richtungen
des Raumes reflektiert wird und für das Radar des Flugzeugs
20 unsichtbar bleibt. Um es dem Flugzeug 20 zu ermöglichen,
die Reflektoranordnung R zu befragen, ist in diesem Fall vor
gesehen, der Reflektoranordnung eine Steuerung 22 zuzuordnen,
die durch irgend ein geeignetes Mittel ausgelöst wird, bei
spielsweise dadurch, daß ein codiertes Signal 23 auf eine
beispielsweise im L-Band (1000 MHz) arbeitende Antenne 24
vom Rundstrahlungstyp gegeben wird, von welcher das codierte
Signal 23 auf einen Analysator 25 übertragen wird, welcher
die Steuerung 22 der Reflektoranordnung entriegelt. In diesem
Augenblick wird die Reflektoranordnung gespeist; das Netz 7
wird durchlässig und die drei anderen Netze 1, 2, 3 der Re
flektoranordnung werden unter Modulation derart gesteuert,
daß zum Signal 21', das vom Flugzeug, das die Position 20'
erreicht hat, geschickt wurde, die codierte Information 26
zurückgeschickt wird. Auf diese Weise wird eine stark verbes
serte und stark selektive diskrete Aussonderung der von der
Reflektoranordnung übertragenen Information sichergestellt.
Ein solches Identifikationssystem kann beispielsweise verwen
det werden, um aus einer Flugzeugflotte die befreundeten
Flugzeuge aus den anderen auszusondern.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß dann, wenn die Ma
schennetze der Reflektoranordnungen nicht gespeist werden,
sämtliche Netze reflektierend sind. Auf diese Weise ist es
also, um die Reflektoranordnung in einem solchen Zustand un
sichtbar zu machen, äußerst nützlich, daß das zusätzliche
Netz wie beispielsweise 7 verwendet wird, welches es ermög
licht, die Reflektoranordnung ohne Stromvergeudung zu tarnen.
Nur in der aktiven Phase der Reflektoranordnung verbraucht
man ein wenig Strom, um das Schutznetz 7 durchlässig zu ma
chen und in gewünschter Weise die anderen Netze des Reflek
toranordnungs-Trieders zu modulieren.
In den Fig. 9, 10 und 11 der Zeichnungen ist ein Anwen
dungsfall der Reflektoranordnungen zur Bildung elektromagne
tischer Köder dargestellt.
In Fig. 9 ist schematisch dargestellt, wie die Phasenfront
zweier Reflektoranordnungen R1, R2 gebildet ist, die ein und
das gleiche Ultrahochfrequenzbündel empfangen, das beispiels
weise von einer Rakete M stammt. In dieser Figur ist angenom
men worden, daß die äquivalenten Radarflächen gleich waren;
anders ausgedrückt: die beiden Reflektoranordnungen R1, R2
sind beispielsweise gleich konstruiert angenommen und werden
in gleiche Zustände gesteuert.
Die gleichphasigen Flächen verschieben sich, wie bei 27 ange
deutet ist, indem sie nach vorne geführt werden und können in
Form von Zähnen zwischen zwei Kugeln 28, 29 eingezeichnet
werden, die voneinander einen Abstand von einer Viertelwel
lenlänge des betrachteten Bündels haben. Man sieht, daß die
Breite der Unterbrechungen e in Höhe der Phasenkurven vermin
dert ist, derart, daß in Praxis die Rakete M, die sich senk
recht zur Phasenfront, d. h. zu den Kugeln 28, 29 orientiert,
sich hinsichtlich der Richtung der Reflektoranordnungen R1,
R2 ausrichtet. Wenn dagegen örtlich die Rakete an einem Punkt
wie 30 in Höhe einer Diskontinuität erscheint, so würde sich
die Tendenz einstellen, sich senkrecht zur Front dieser Dis
kontinuität auszurichten und bezüglich ihres Weges, wie durch
den Pfeil 31 angedeutet, umzulenken oder abzulenken. Der
Pfeil 32 gibt die Richtung, in der die Rakete M ankommt, an.
Nach der Erfindung nutzt man die Diskontinuitäten der Phasen
front aus, indem man sie steigert und sie verschiebt, um die
Rakete aus ihrer Route umzulenken. Aber man stellt fest, daß
dann, wenn man allmählich die äquivalente Radarfläche einer
der Reflektoranordnungen R1 bezüglich der anderen variieren
läßt, man die Diskontinuitäten weicher macht und sie verformt
und die Phasenfront verschiebt.
Um in Praxis eine größere Wirkungsnachgiebigkeit zu erhalten,
kann es von Interesse sein, wenigstens drei Reflektoranord
nungen anstelle von zweien zu verwenden und einer oder zwei
Reflektoranordnungen Phasenverschiebungseinrichtungen zuzu
ordnen.
Eine praktische Anwendungsform ist in Fig. 10 gegeben. Die
Anlage umfaßt drei einander zugeordnete Reflektoranordnungen
R1, R2, R3. Den Reflektoranordnungen R1 und R3 sind im übrigen
Phasenverschiebungseinrichtungen zugeordnet, die es ermögli
chen, Phasenverschiebungen von null oder 180° zu erreichen.
Diese Phasenverschiebungseinrichtungen sind mit 33, 34 be
zeichnet. Die drei Reflektoranordnungen R1, R2, R3 sind mit
einer Vorrichtung 35 verbunden, die es ermöglicht, entspre
chend einem bestimmten Programm die variable Reflektivität
jeder der drei Reflektoranordnungen zu steuern oder hilfszu
steuern, wobei jede Reflektoranordnung unabhängig von den
beiden anderen, jedoch in Beziehung zu diesen gesteuert wird.
Bei 36 ist die Steuerung der Phasenverschiebungseinrichtungen
33 und 34 dargestellt, die es ermöglicht, getrennt, jedoch in
Beziehung zueinander, die beiden Phasenverschiebungseinrich
tungen 33, 34 (Phasensteuerung 0° oder 180°) zu steuern. Die
Steuerung der Vorrichtung 35 und die Steuerung der Phasenver
schiebungseinrichtungen 36 sind mit einem Rechner 37 verbun
den, der sie als Funktion der von einer Richteinrichtung 38
empfangenen Informationen steuert, die mit einem Erfassungs
radar 39 verbunden ist, das in jedem Augenblick die Ankunfts
richtung 40 der Rakete M und ihre Entfernung bestimmt.
Als Funktion der Richtung und Lage der Rakete M sorgt der
Rechner 37 über die oben beschriebenen Einrichtungen für die
Bewegung bzw. Verschiebung und Verformung der bei 41 darge
stellten Phasenfront, derart, daß die Nase der Rakete, d. h.
ihr Radar, sich in jedem Augenblick im Diskontinuitätsbereich
42 zwischen den beiden Kammspitzen 43, 44 einer Äquiphasen-
Fläche befindet.
Genauer gesagt, und mit Bezug auf Fig. 11, weist die Phasen
front, die durch die drei Reflektoranordnungen R1, R2, R3 er
zeugt wird, wenn diese in einem bestimmten Augenblick in ih
ren Reflektivitätszuständen und in bestimmten Phasenverschie
bungszuständen sind, die in ausgezogenen Linien dargestellte
Form auf; wenn sich die Rakete M in der Nähe des Kopfes einer
Wellung befindet und versucht, sich entsprechend dem Pfeil
von 40 senkrecht zur Phasenfront in Richtung der Reflektoran
ordnungen zu verschieben, modifiziert man leicht die Steue
rung, indem man auf die regelbaren Reflektivitäten der Re
flektoranordnungen derart einwirkt, daß sich die Phasenfront,
wie gestrichelt dargestellt, verschiebt. Die Rakete befindet
sich dann im Diskontinuitätsbereich 42 der Phasenfront und
versucht, sich senkrecht zu dieser Diskontinuität zu richten,
indem sie, wie durch den Pfeil 46 angegeben, umgelenkt wird.
Die Programmierung der Steuerung des Köders kann auf ver
schiedene Art, beispielsweise wie folgt, erfolgen.
Man kann vorher für jede Richtung des Raumes und für jede
Entfernung entsprechende Steuerzustände bestimmen, indem man
den betrachteten Punkt des Raumes in den geeignetsten Diskon
tinuitätsbereich bringt. Diese Programmierung wird gesteuert
und kann im gewünschten Moment verwendet werden.
Ein anderes Verfahren besteht darin, experimentell die beste
Modulation zu bestimmen, die es ermöglicht, allmählich die
Phasenfront zu modifizieren, indem die breitesten Diskonti
nuitäten für einen bestimmten Bereich erzeugt werden. Hernach
steuert man, wenn eine Rakete im bestimmten fraglichen Be
reich erscheint, die Reflektoranordnungen in der allgemein
festgelegten Weise; man sorgt für eine Modifikation und eine
allmähliche Regelung der Parameter der Steuerung, bis man ei
nen gewünschten Umlenkungswinkel der Rakete beobachtet und
diesen beibehält.
Ein anderes Verfahren, das es ermöglicht, die Rakete umzulen
ken, besteht darin, mehrere Reflektoranordnungen und wenig
stens zwei voneinander ausreichend entfernte einander zuzu
ordnen. Man modifiziert dann abwechselnd die Reflektivität
der einen oder der anderen der zugeordneten Reflektoranord
nungen entsprechend einer bestimmten Schwankung, deren Peri
ode größer als die Ansprechzeit des Führungssystems der Ra
kete wird. Letztere orientiert sich dann einmal gegen eine
Reflektoranordnung, einmal gegen eine andere oder einmal ge
gen ein Zwischenpunkt. Indem man die kinetische Energie der
Rakete ausnutzt, kann man letztere so aus jeder brauchbaren
Richtung zur Umlenkung bringen.
Man kann mehrere überlagerte Reflektoranordnungen verbinden,
die optimal in gestuften Frequenzbändern arbeiten, derart,
daß das Aktionsspektrum der Reflektoranordnungen verbreitert
wird. Auf diese Weise geht man sicher, daß man eine fast
vollkommene "Unsichtbarkeit" der Reflektoranordnung insgesamt
erreicht, wenn jede das oben beschriebene zusätzliche Netz 7
hat und wenn selbstverständlich der Reflektivitätszustand der
Netze 7 gesteuert wird.
Claims (15)
1. Ultrahochfrequenz-Reflektoranordnung mit elektrisch auf
Durchlässigkeit oder Reflexion wunschgemäß steuerbarer Re
flektivität unter Verwendung eines Reflektornetzes, das aus
zueinander parallelen, leitenden Reihenanordnungen zusammen
gesetzt ist, die stellenweise durch von einer Steuergröße
steuerbare, variable Widerstandselemente unterbrochen sind,
die je nach Steuerzustand entweder auf Durchlaß oder Sperrung
geschaltet werden können, so daß das Reflektornetz dann ent
weder strahlungsdurchlässig oder strahlungsreflektierend
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß insgesamt drei Reflektornetze (1, 2, 3) vorgesehen sind, welche trihedral nach Art eines Tripelreflektors angeordnet sind und die drei Flächen des Tripelreflektors bilden, und
daß die die Reflektornetze bildenden, leitenden Reihenanord nungen jeweils aus Drahtleitern oder Drahtleiterabschnitten bestehen, deren an den Unterbrechungsstellen angeordnete va riable Widerstandselemente hinsichtlich ihrer Widerstandswer te kontinuierlich von der zugeführten Steuergröße abhängen, so daß die Reflektornetze (10) hinsichtlich ihrer Reflektivi tät einerseits vom strahlungsreflektierenden Zustand, bei dem die die Drahtleiter durchfließenden Ströme aufgrund der hohen Widerstandswerte der Widerstandselemente Null sind, bis ande rerseits zum vollkommen strahlungsdurchlässigen Zustand, bei dem die die Drahtleiter durchfließenden Ströme aufgrund der sehr geringen Widerstandswerte der Widerstandselemente groß sind, kontinuierlich einstellbar sind, wodurch die Realisie rung jedes Reflektivitätszwischenwertes ermöglicht ist.
daß insgesamt drei Reflektornetze (1, 2, 3) vorgesehen sind, welche trihedral nach Art eines Tripelreflektors angeordnet sind und die drei Flächen des Tripelreflektors bilden, und
daß die die Reflektornetze bildenden, leitenden Reihenanord nungen jeweils aus Drahtleitern oder Drahtleiterabschnitten bestehen, deren an den Unterbrechungsstellen angeordnete va riable Widerstandselemente hinsichtlich ihrer Widerstandswer te kontinuierlich von der zugeführten Steuergröße abhängen, so daß die Reflektornetze (10) hinsichtlich ihrer Reflektivi tät einerseits vom strahlungsreflektierenden Zustand, bei dem die die Drahtleiter durchfließenden Ströme aufgrund der hohen Widerstandswerte der Widerstandselemente Null sind, bis ande rerseits zum vollkommen strahlungsdurchlässigen Zustand, bei dem die die Drahtleiter durchfließenden Ströme aufgrund der sehr geringen Widerstandswerte der Widerstandselemente groß sind, kontinuierlich einstellbar sind, wodurch die Realisie rung jedes Reflektivitätszwischenwertes ermöglicht ist.
2. Reflektoranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als variable Widerstandselemente Dioden vorgesehen sind.
3. Reflektoranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der drei Reflektornetze (1, 2, 3) unter Bildung
eines Drahtmaschennetzes aus zwei Unternetzen mit Reihenan
ordnungen jeweils aus Drahtleitern oder Drahtleiterabschnit
ten, an deren Unterbrechungsstellen Dioden angeordnet sind,
besteht, und daß die Reihenanordnungen des zweiten Unternet
zes in bezug zu den Reihenanordnungen des ersten Unternetzes
orthogonal gerichtet sind.
4. Reflektoranordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilung der Unternetze der Leiterdrähte im wesentli
chen gleich λ/2 ist, wobei λ die mittlere Wellenlänge des auf
die Reflektoranordnung gesandten Ultrahochfrequenz-Strah
lungsbündels ist.
5. Reflektoranordnung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Dioden tragenden Drahtleiter einen gewundenen
Verlauf aufweisen, derart, daß sämtliche Knoten der quadrat
förmig ausgebildeten Maschen des Reflektornetzes verbunden
sind, und daß an jedem Knoten zwei leitende, voneinander ge
trennte Plättchen (Ps, Pi) vorgesehen sind, die jeweils dazu
dienen, nur zwei Abschnitte der zu dem Knoten hinführenden
Drahtleiter zu vereinigen.
6. Reflektoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Plättchen (Ps, Pi) in Form von ringförmigen in
zwei symmetrische Hälften getrennten Pillen ausgebildet sind
und über eine verminderte Oberfläche verfügen, derart, daß
für die Netze (10) das Aussehen von durchbrochenen Gittern
beibehalten wird.
7. Reflektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkelbereich
des Tripelreflektors über seiner Gesamtfläche mit einem zu
sätzlichen Netz (7) bedeckt ist, das in gleicher Weise wie
jedes der drei anderen Netze (1, 2, 3) des Tripelreflektors
ausgebildet ist.
8. Reflektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß dieses zusätzliche Netz (7) mit einer konvexen Krüm
mung geformt ist.
9. Reflektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die konvexe Krümmung des zusätzlichen Netzes (7)
eine Krümmung von konstantem Radius ist.
10. Anwendung einer Reflektoranordnung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Re
flektivitätskoeffizienten der drei Netze (1, 2, 3) des Tri
pelreflektors durch entsprechende Steuerung der die Netze
durchsetzenden Ströme derart moduliert, daß ein hinsichtlich
Amplitude und/oder Frequenz entsprechend der angewendeten
elektrischen Steuerung moduliertes Signal reflektiert wird.
11. Anwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
man der Reflektoranordnung (R) eine durch eine geeignet aus
gebildete Vorrichtung ausgelöste Steuerung (22), die vorzugs
weise codiert ist, zuordnet, die die programmierte Modula
tionsfolge der Reflektoranordnung in Gang setzt.
12. Anwendung einer Reflektoranordnung nach Anspruch 7 und
Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätz
liche Netz (7) auf Durchlaß gesteuert ist, wenn die Reflek
toranordnung (R) auf Modulation gesteuert ist und daß es auf
vollkommene Reflexion gesteuert ist, wenn sich die Reflek
toranordnung (R) im Ruhezustand befindet.
13. Anwendung einer Reflektoranordnung eines der Ansprüche 1
bis 9 auf die Erzeugung elektromagnetischer Köder, insbeson
dere auf die Umleitung von Raketen, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Reflektoranordnungen (R1, R2, R3) einander zuge
ordnet sind, daß insbesondere für die Umleitung der Raketen
Position und Richtung der Rakete (M) bestimmt werden und daß
die Modulation jeder Reflektoranordnung derart gesteuert
wird, daß in Höhe der Rakete eine örtliche Phasenfront er
zeugt wird, deren Normale bezüglich der Richtung des Ziels,
auf das sich die Rakete zubewegte, abweicht.
14. Anwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens einer Reflektoranordnung (R1, R3) ein steuerbares
Phasenschieberfeld (33, 34) zugeordnet ist.
15. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf die Erzeu
gung elektromagnetischer Köder, insbesondere für die Umlei
tung von Raketen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ausrei
chend voneinander entfernte Reflektoranordnungen einander zu
geordnet sind und daß abwechselnd die Reflektivität einer
oder mehrerer der einander zugeordneten Reflektoranordnungen
entsprechend einer bestimmten Periodenschwankung modifiziert
wird, die höher als die Ansprechzeit des Raketenleitsystems
ist.
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