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Antrieb für ein umschaltbares Zirkular-Polarisationsgitter
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für Antennenstrahler.
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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein umschaltbares Zirkular-Polarisationsgitter
für Antennenstrahler, insbesondere für Radarantennen, das zwei zueinander parallel
miteinander verbundene Schienen und parallel zueinander zwischen den Schienen angeordnete
Gitterelemente aufweist.
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Antennenstrahler von Radarantennen, z.B. von sogenannten Tortenschachtel-
oder Pillbox-Radarantennen, weisen im allgemeinen eine lineare Polarisation auf,
da mit dieser unter Normalbedingungen die größte Reichweite erzielt werden kann.
Mit einer linear polarisierten Antenne kann man aber Regenwolken-Echosignale, die
eine ähnliche Spektralverteilung wie Flugziel-Echosignale haben, von echten Flugziel-Echosignalen
nicht unterscheiden. Bei Zirkular-Polarisation dagegen werden Regenechos weitgehend
unterdrückt, so daß eine Unterscheidung zwischen Flugzielen und Regenwolken leichter
möglich ist. Es wird deshalb häufig die lineare Polarisation der Antenne durch ein
vor der Strahlungsapertur angebrachtes Polarisationsgitter in eine zirkulare Polarisation
umgewandelt. Alle Gitterelemente müssen im Falle zirkularer Polarisation einen Winkel
von 45° zum E-Vektor (= elektrischer Feldvektor) der einfallenden Welle haben und
daher genau parallel zueinander stehen. Solche Zirkular-Polarisationsgitter sind
z.B. aus der amerikanischen Patentschrift 2 800 657 bekannt. Diese zeigt ein Gitter,
dessen Elemente unter 450 geneigt und parallel zueinander fest in einem
starren
Rechteckrahmen angeordnet sind. Derartige Zirkular-Polarisationsgitter müssen bei
linearer Polarisation aber weggeklappt oder entfernt werden. Das Wegklappen oder
Entfernen eines Zirkular-Polarisationsgitters bereitet aber insbesondere dann Schwierigkeiten,
wenn zum mechanischen und klimatischen Schutz in den Antennenaustritt ein Radom
z.B.
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aus Hartschaum eingesetzt und das Gitter zwischen dem Radom und der
Strahlungsapertur angeordnet wird. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurde
ein bewegliches Zirkular-Polarisationsgitter mit zwei zueinander parallelen, miteinander
verbundenen Schienen und parallel zueinander zwischen den Schienen angeordneten
Gitterelementen vorgeschlagen (P 33 47 504.0), welches aus einem in sich zusammenklappbaren
Parallelogrammgitter gebildet ist, das im Antennenaustritt eines linear polarisierten
Antennenstrahlers fest angeordnet werden kann, durch Hochklappen einer der beiden
parallel geführten Schienen und der Gitterelemente eine schnelle Umwandlung der
linearen Polarisation des Antennenstrahlers in zirkulare Polarisation ermöglicht
und auch dann, wenn die zirkulare Polarisation wieder aufgehoben werden soll, durch
Zusammenklappen eine ebenso schnelle Umwandlung der Zirkular-Polarisation in die
ursprüngliche lineare Polarisation gestattet. Dabei muß das zusammengeklappte Parallelogrammgitter
weder aus dem Antennenaustritt herausgeklappt noch ganz entfernt werden, da es außerhalb
der Strahlungsapertur angeordnet werden kann. Das Gitter kann daher fest an dem
Antennenstrahler angeordnet werden und auch bei Polarisationsumwandlung stets an
dem Antennenstrahler verbleiben. Ein derartiges Gitter ermöglicht also eine Umschaltung
von linearer in zirkulare Polarisation und umgekehrt. Bei den hierbei durchzuführenden
wiederholten Verstellungen soll das Gitter wegen der mit genauer Parallelführung
zu erzielenden 450 - Schrägstellung der Gitterelemente in den Endlagen absolut die
gleiche Position einnehmen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zur
Verstellung eines umschaltbaren Zirkular-Polarisationsgitters zu schaffen und so
auszubilden, daß mit hoher Wiederkehrgenauigkeit eine genaue und spielfreie Positionierung
des Gitters in der Zirkular-Polarisationsstellung gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Antrieb
aus einem Spindelgetriebemotor besteht, dessen Spindel an einem Antriebsende über
ein Drehgelenk mit einem auf das Polarisationsgitter einwirkenden, seinerseits in
einem weiteren Drehgelenk an einer feststehenden Gitterschiene gelagerten Schwenkhebel
verbunden ist, so daß die Spindel den Schwenkhebel auf einem linearen Stellweg S
des Gitters bewegt, daß in das andere Antriebsende ein an seinem eigenen Ende fest
gelagertes, in beiden Richtungen der Antriebsachse wirkendes Federausgleichselement
eingesetzt ist, und daß der Stellweg S des Antriebs durch elektrische Endlagenschalter
einstell- und schaltbar und um eine dem Federweg des Federausgleichselementes entsprechende
Differenz LS S größer ist als der Stellweg S'des Gitters (#S=S - S').
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Erfindungsgemäß ist zur Verstellung eines Polarisationsgitters der
eingangs genannten Art ein Spindelgetriebemotor vorgesehen, der das Gitter über
einen gelenkig gelagerten Schwenkhebel in die Zirkular-Polarisationsstellung schwenkt.
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In der Endlage wird das Gitter bzw. die gegenüber der feststehenden
Gitterschiene parallel bewegbare Gitterschiene zweckmäßigerweise gegen einen Festanschlag
gedrückt, der den Schwenkbereich bzw. den linearen Stellweg S' des Gitters so begrenzt,
daß sich die zueinander parallelen Gitterelemente in der bei Zirkular-Polarisation
einzunehmenden 450-Schrägstellung befinden. Der Stellweg S des Antriebes wird durch
die
elektrischen Endlagenschalter eingestellt. Der Antrieb müßte
dabei so eingestellt sein, daß er genau bei Erreichen der Endlagen des Gitters abschaltet.
Der Stellweg S des Spindelgetriebemotors müßte also genau mit dem Schwenkbereich
des Gitters, d.h. mit dem Stellweg S', übereinstimmen. Die Doppelforderung, daß
der Schwenkbereich (Stellweg S') des Gitters von Anschlag zu Anschlag und der Stellweg
S des Antriebes gleich sein müssen, ist aber nur durch aufwendige Justierarbeiten
erfüllbar. Um diesen Aufwand zu vermeiden und die Endlage des Gitters in der Zirkular-Polarisationsstellung
mit hoher Wiederkehrgenauigkeit zu erreichen, ist bei einem erfindungsgemäßen Antrieb
dessen Stellweg S größer als der Stellweg S'(Schwenkweg) des Gitters. Die Differenz
4S der Stellwege (#S = 5 - S') wird von dem in den Antrieb eingesetzten doppelwirkenden
Federausgleichselement aufgenommen. Die in dem Federausgleichselement wirkende Federkraft
wird über den Schwenkhebel des Gitters auf den Festanschlag übertragen. Gleichzeitig
wird durch die Federspannung auch die Lagerluft aller betätigten Gelenke (Fest-Drehgelenke
der Verbindungen für die parallelgeführten Gitterschienen, Schwenkhebelgelenke)
und das Spiel im Spindelgetriebe (Spindel-Mutterspiel) ausgeglichen. Das Gitter
wird dabei unter Federvorspannung an den Festanschlag gedrückt und liegt völlig
spielfrei an diesem an. Das Gitter ist somit auch gegen Erschütterungen stabil.
Durch die Kombination Antrieb mit doppelwirkendem Federausgleichselement wird daher
auch die Schüttel- und Stoßfestigkeit des Systems erhöht. Außerdem braucht das Spindelgetriebe
nicht mit überhöhter Genauigkeit gefertigt zu werden. Ferner ist durch den längeren
Stellweg S des Antriebes ein Auswechseln des Spindelgetriebemotors möglich, ohne
daß sich die Einstellung des Gitters verändert (Fabrikations- und Wartungsvorteil).
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Da der Federweg im Federausgleichselement größer ist als der benötigte
Stellweg S des Gitters, wird zusätzlich der Vor-
teil erzielt, daß
bei Blockierung der zu bewegenden Teile des Gitters infolge irgendwelcher äußerer
Einflüsse (z.B.
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Beschuß) der Spindelgetriebemotor trotzdem voll seinen gesamten Stellweg
ausfahren kann, weil der Weg im Federausgleichselement aufgenommen wird. Durch den
größeren Ausgleichsweg des Federausgleichselementes wird daher zusätzlich auch ein
mechanischer Überlastungsschutz des Spindelgetriebemotors erreicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes
für ein umschaltbares Zirkular-Polarisationsgitter ist die Feder des Federausgleichselementes
zwischen zwei Druckscheiben angeordnet, die auf einem sich in Richtung der Antriebsachse
erstreckenden, an einem Ende fest gelagerten Bolzen verschiebbar in einer zwei stirnseitige
Anschlagringe aufweisenden Außenhülse geführt sind, wobei der Bolzen an seinem freien
Ende sowie zwischen seinem Lager und einer Druckscheibe jeweils einen festen Anschlagring
für die jeweilige Druckscheibe aufweist. Dadurch läßt sich die Doppelwirkung des
Federausgleichselementes in konstruktiv einfacher Weise realisieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches
1 sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein Polarisationsgitter in Zirkular-Polarisationsstellung
mit einem in seinen Endbereichen geschnitten dargestellten Antrieb zur Verstellung
des Gitters, Fig. 2 zeigt den Antrieb für sich allein in der anderen, in Fig. 1
strichpunktiert angedeuteten Endlage des Polarisationsgitters.
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Das Zirkular-Polarisationsgitter 1 ist hinter einem nicht dargestellten
Hartschaum-Radom in den Antennenaustritt oder in ein Vorsatzgehäuse einer linear
polarisierten Radarantenne, z.B. einer sogenannten Tortenschachtel- oder Pillbox-Radarantenne,
eingesetzt und dient zur Umwandlung der linearen Polarisation der Antenne in zirkulare
Polarisation. Hierzu ist das fest an der Antenne montierte, jedoch außerhalb der
Strahlungsapertur angeordnete Zirkular-Polarisationsgitter 1 in sich zusammenklappbar
ausgebildet, so daß es bei Zirkular-Polarisation in die entsprechende Stellung mit
unter 450 zum E-Vektor der einfallenden Welle geneigten Gitterelementen 2 hochgeklappt
und bei linearer Polarisation wieder so zusammengeklappt werden kann, daß sich seine
Elemente wieder außerhalb der Strahlungsapertur befinden. Das Zirkular-Polarisationsgitter
1 besteht außer den Gitterelementen 2 noch aus zwei zueinander parallel geführten
und miteinander verbundenen Schienen 3 und 4, von denen die untere Schiene 3 feststehend
im Antennenaustritt bzw. im Vorsatzgehäuse 12 montiert und die obere Schiene 4 parallel
zu der Schiene 3 bewegbar ist. Die Schienen 3 und 4 sind als mit den offenen Seiten
einander zugekehrte U-Profile ausgebildet und - je nach Gitter länge - zumindest
an den beiden Enden über jeweils eine Strebe 6 bzw. 7, die an ihren Enden in jeweils
einem Drehgelenk 8 zwischen den Seitenschenkeln 5 der Schienen fest an diesen gelagert
sind, miteinander verbunden. Auf diese Weise ist ein in sich zusammenklappbares
Parallelogramm gebildet. Parallel zu den Verbindung streben 6,7 und zueinander sind
zwischen den Seitenschenkeln 5 der Schienen 3,4 die Gitterelemente 2 angeordnet,
die aus elektrisch leitend ausgebildeten, streifenartigen Lamellen bestehen. Auch
die Verbindungsstreben 6,7 bestehen zweckmäßigerweise aus ähnlich ausgebildeten,
hier ebenfalls elektrisch leitenden Lamellen, die jedoch durch längsseitig angeordnete
Sicken oder
Prägungen versteift sind. Im Gegensatz zu den fest
gelagerten Verbindungsstreben ist für die Gitterelemente 2 aber kein festes Drehlager,
sonern eine zwar drehbare, aber nur angefederte Lagerung vorgesehen. Zur Lagerung
der Gitterelemente dienen Lagerbolzen 9 sowie für jedes Lager ein Andruckelement
in Form einer Feder 10, wobei an jedem Ende eines Gitterelementes 2 eine Feder gelagert
ist, die mit einem Federende einen Lagerbolzen 9 an dessen dem Gitterelement 2 abgewandter
Seite umschließt, so daß das Gitterelement an der gegenüberliegenden Seite des Lagerbolzens
gegen diesen gedrückt ist. Die angefederte Verbindung von Gitterelementen und Lagerbolzen
gewährleistet eine sichere, spielfreie Anlage der Gitterelemente an den Lagerbolzen
und eine exakte Parallelität der Gitterelemente mit hoher Wiederkehrgenauigkeit,
d.h. die genaue Parallelität der Gitterelemente ist dadurch bei jedem Hochklappen
des Parallelogrammgitters in die Zirkular-Polarisationsstellung immer wieder gewährleistet.
In der Zirkular-Polarisationsstellung ist die Endlage des Gitters 1 durch einen
ggf. einstellbaren Festanschlag 11 begrenzt, während der Anschlag in der anderen
Endlage des Gitters, also bei zusammengeklapptem Gitter, erreicht ist, wenn die
parallel zu der feststehenden Gitterschiene 3 bewegliche Gitterschiene 4 auf der
Gitterschiene 3 aufliegt.
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Der Antrieb zur Verstellung des Gitters 1 besteht aus einem Spindelgetriebemotor
14, der an der unteren Außenseite des Vorsatzgehäuses 12 angeordnet ist. Die an
einem Ende des Motorgehäuses 15 vorstehende Spindel 16 wirkt mit einer Spindelmutter
17 zusammen, welche an einem Ende des Antriebs über ein Drehgelenk 18 mit einem
Hebelarm 19 eines Schwenkhebels 20 verbunden ist. Dieser Schwenkhebel ist seinerseits
in dem Drehgelenk 8 z.B. der Verbindungsstrebe 7 an der feststehenden Gitterschiene
3 gelagert und wirkt
über seinen freien Hebelarm 21 derart auf
die Verbindungsstrebe ein, daß bei Schwenkung des Schwenkhebels 20 um das Drehgelenk
8 das Gitter hochgeklappt und in die Zirkular-Polarisationsstellung aufgerichtet
wird. Bei der Schwenkung des Hebels 20 bewegt die Spindel 16 bzw. die Spindelmutter
17 den Hebelarm 19 auf einem linearen Stellweg S des Gitters, wobei die Achse des
Drehgelenkes 18 um die Achse des Drehgelenkes 8 einen Kreisbogen beschreibt. Der
Stellweg S des Antriebs, d.h. die Bewegung der Spindelmutter 17 in Richtung der
mit einem Doppelpfeil 22 gekennzeichneten Antriebs längsachse, ist durch elektrische
Endlagenschalter 23,24 einstell- und schaltbar, die von einem Anschlag 25 an der
Außenseite der Spindelmutter 17 betätigt werden. Am anderen Ende des Antriebs ist
in das Antriebsgehäuse 15 ein Federausgleichselement 26 eingesetzt, welches in beiden
Richtungen der Antriebs längsachse wirkt, also doppelwirkend ausgebildet ist. Das
Federausgleichselement 26 besteht aus einer als Einzelteil ausgebildeten und in
das Antriebsgehäuse eingesetzten Außenhülse 27 mit zwei stirnseitigen Anschlagringen
28 und 29, einem sich in Richtung der Antriebsachse erstreckenden, an einem Ende
fest in einem Drehlager 30 an dem Vorsatzgehäuse 12 gelagerten Bolzen 31 mit zwei
festen Anschlagringen 32,33 und mit zwei dazwischen angeordneten, auf dem Bolzen
31 und in der Außenhülse 27 verschiebbar geführten Druckscheiben 34,35 sowie einer
zwischen den Druckscheiben eingespannten Druckfeder 36, zu deren Halterung die Druckscheiben
an den einander zugekehrten Innenflächen mit einem buchsenartigen Ansatz 37 bzw.
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38 ausgebildet sind. Zur Führung des Bolzens 31 in der Außenhülse
27 ist der Außendurchmesser der Anschlagringe 32,33 des Bolzens etwa gleich dem
Innendurchmesser der stirnseitigen Anschlagringe 28,29 der Außenhülse und der Außendurchmesser
der beweglichen Druckscheiben 34,35 etwa gleich dem Innendurchmesser der Außenhülse.
Außerdem weisen die stirnseitigen Anschlagringe 28,29 der Außenhülse voneinander
denselben inneren Abstand auf wie die festen Anschlagringe 32, 33 des Bolzens. Die
Druckfeder 36
wirkt bei der Betätigung des Antriebs, d.h. bei der
Verstellung des Zirkular-Polarisationsgitters 1, über die Druckscheiben 34 bzw.
35 auf den (rechten bzw. linken) stirnseitigen Anschlagring 29 bzw. 28 der Außenhülse
27 und ist mit einem Federweg # S ausgebildet. Um die bei dem erfindungsgemäßen
Antrieb angestrebte Wirkung zu erzielen, ist der Stellweg S des Antriebs um diese
dem Federweg entsprechende Differenz größer eingestellt als der Stellweg S des Zirkular-Polarisationsgitters,
d.h. #S = 5 - S'.
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Somit wird das Gitter in der Zirkular-Polarisationsstellung unter
Federvorspannung und spielfrei gegen den Festanschlag 11 gedrückt und die 450 -Schrägstellung
der Gitterelemente in der Endlage der Zirkular-Polarisationsstellung mit hoher Wiederkehrgenauigkeit
erreicht.
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8 Patentansprüche 2 Figuren
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