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.Antenne für sehr kurze elektrische Wellen Zur Abstrahlung oder zum
Empfang elektromagnetischer Wellen sind die verschiedensten Antennenformen. bekanntgeworden,
die eine besonders starke Bündelung der Wellen ermöglichen. So kann man ;beispielsweise
in den Strahlengang eines .gerichteten Strählers, z. B. eines Hornstrahlers, eine
elektrische Linse bringen, die infolge einer Geschwindigkeitsänderung der elektromagnetischen
Wellen als Sammellinse wirkt und so eine starke Bündelung der elektromagnetischen
Wellen ermöglicht. Eine stark ;gebündelte elektromagnetische Strahlung erhält man
auch bei Verwendung von Parabolantennen, die in der einfachsten Ausführung aus einem
Rotationsparaboloid bestehen, in deren, Brennpunkt die elektromagnetischen Wellen
erregt werden. Neben anderen, aus einer Anzahl von Dipolen, z. B. aus Strahlergruppen
bestehenden Antennen, gibt es noch sogenannte Schlitzstrahler. Die einfachste Form
eines, solchen Strahlers erhält man, wenn man einen Hohlleiter mit einem Längsschlitz
versieht.
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Es sind Schlitzsträhler bekannt, die aus einer Reihe in einen Hohlleiter
eingeschnittener Schlitze bestehen. Hierzu können Rechteckhohlleiter verwendet werden,
in deren Breitseite die Schlitze in Längs- oder Querrichtung oder in deren Schmalseite
längs der Leitungsachse verlaufende Schlitze eingeschnitten sind. Es sind auch Hohlleitungen
bekannt, bei denen die Schlitze in einem bestimmten Winkel zur Hauptachse des Hohlleiters
verlaufen. Solche Strahleran:ordnungen bilden. eine s:ogenannte Strablerzeile, die
jedoch nur in der einen Ebene
des Strahlungsfeldes eine starke BÜndehmg
ergibt.
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Um die Brauchbarikeit einer Antenne beurteilen zu können., kann man
die Größen Gewinn G und Strahlüngs- oder Absorptionsfläche F einführen: Der Gewinn
G ist definiert durch das Verhältnis der größten Strahlungsdichte S"", zu derjenigen:
Strahlungsdichte So, die vorhanden wäre, wenn die gleiche Leistung nach allen Richtungen
gleichmäßig ausgestrahlt werden würde. Der Gewinn G berechnet sich somit aus G =
Sox. Die Absorptionso flache öder Wirkfläche F ist diejenige Fläche, durch die eine
ebene Welle die gleiche Leistung transportiert, wie .sie von der Antenne bei Anpassung
beim Auftreffen der gleichen ebenen Welle entnommen werden kann.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen Flächenstrahler zu schaffen,
dessen Strahlungseigenschaften, insbesondere dessen Gewinn, G und Absorptionsfläche
F, gegenüber den bekannten Strahlern günstiger liegen. Diese Aufgabe gewinnt um
.so mehr an Bedeutung, als die Größe eines Flächenstrahlers im wesentlichen den
Preis für eine solche .Strahlenanordnung bestimmt und durch den durch .die Größe
bedingten- Luftwiderstand und durch das Gewicht der Antenne weitgehend auch der
Preis eines :Antennenturmes :bestimmt wird.
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Bei einer Richtantenne, insbesondere für sehr kurze elektrische Wellen,
bei der die Abstrahlung der elektromagnetischen Energie durch eine mit Öffnungen
(Strahlenöffnungen) versehene Jeitende Fläche (Strahlerfäche) erfolgt, wird gemäß
der Erfinidung die Strahlenfläche durch eine wenigstens eine Wellenlänge breite
Begrenzungsfläche eines insbesondere flachen Hohlraumes mit vorzugsweise rechteckförmigem
Querschnitt gebildet und die Hochfrequenzenergie diesem Hohlraum durch den zur Strahlenfläche
senkrecht stehenden O_uerschnitt dieses Hohlraumes über ein Ü.bergangselernent bzw.
Übergangselemente zugeführt. Durch eine geeignete, an Hand von Ausführungsbeispielen
noch zu erläuternde Bemessung der Str.ahleröffnungen ist eine gewünschte Verteilung
der Strahlung auf der Schlitzfläche erzielbar. Da zur Erzielung einer ausreichenden
Bü.udelungsschärfe der Antenne eine verhältnismäßig große Antennenfläche notwendig
ist, :hat die -Antenne einen ;großen Winddruck auszuhalten: Es wird daher weiterhin
vorgeschlagen, den Hohlraum aus parallel laufenden, -mit den Flächen aneinanderliegenden
Hohlleitungen rechteckförmigen Querschnitts aufzubauen oder den Hdlhlräum durch
Einfügen von Blechstreifen entsprechend zu unterteilen. Der Hohlraum wird auf diese
Weise hinreichend stabil, so daß er auch einem starken Windstoß standhalten kann,
ohne deformiert zu werden. Jeder Hohlleiter kann mit zwei Reihen vorzugsweise rechteckförmiger
Öffnungen versehen werden, so daß eine strahlende, gleichmäßig .mit Dipolen versehene
Strahlenfläche erzielt werden kann. Die Hohlleiter können hierbei mit ihrer Breit-
oder Schmalseite aneinandergefügt sein.. -Der Hohlraum bzw. die Teil'hohlräurne,
z. B. Hohlleitungsstücke, können an ihrem der gespeisten. Seite gegenüberliegenden
Ende kurzgeschlossen oder mit wellenabsorbierenden Mitteln abgeschlossen sein. und
werden über den gesamten, zur Strahlerläche senkrecht stehenden Querschnitt gespeist.
Die Speisung kann nach der Erfindung durch eine elektromagnetische Linse erfolgen,
die, vorzugsweise in einem besonderen Hohlraümanschlußstück untergebracht oder mit
Trichterelementen kombiniert, eine phasenrichtigeAnregung des Hohlraumes bzw. der
Hohlräume und damit -der Straahlerfläche ermöglicht. Die elektromagnetische Energie
kann dieser Linse vorzugsweise über einen Sektörtrichter zugefitihrt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand von-Ausführungsbeispielen
ausgeführt und erläutert. In Fig. z ist eine Richtantenne nach der Erfindung dargestellt.
Der flache Hohlraum i ist durch die mit Schlitzen versehene Strahderfläche 2 begrenzt.
Die Schlitzbreite der im Flächenstrahler 2 angebrachten Schlitze ist in der mittleren,
in Richtung der in den Hohlraum` eingespeisten elektromagnetischen Welle verlaufenden
Schlitzreihen klein, bei den äußeren .Schlitzreihen, vorzugsweise entsprechend der
Stromverteilung im Hohlraum, größer. Die ,Schlitze '.können eine halbe Wellenlänge
A lang und ihr Schwerpunktabstand in der Zeile gleich i gemacht werden. Auch der
Abstand der in einer Reihe liegenden Schlitze wird vorzugsweise eine Wellenlänge
groß gemacht. Der Hohlraum ist an seinem oberen Ende mit einer leitenden Fläche
ab-geschlossen, während sich an seinem anderen Ende, nämlich an den zur Strahlenfläche
senkrecht stehenden Querschnitt des Hohlraum-es ein weiteres Höhlrau.mstück 3 anschließt,
in welchem wellenbeschleunigende Mittel in Form.van parallelen, in Polarisations-
und Fortpflanzungsrichtung der Welle verlaufende Metallplatten q. angeordnet sind.
Durch eine geeignete Bemessung dieser durch die Metallplatten gebildeten Linse kann
erreicht werden, ,daß die Phasenfront der elektromagnetischen Wellen im Strahlenhohlraum
eben ist. An diesen eine elektrische Linse enthaltenden Hohlraum ist der Sektortrichter
5 angebaut, der aus einer sich in der Breite verjüngenden Hohlleitung besteht, so
daß der Querschnitt des Hohlraumes auf den Querschnitt der Speiseleitung 6, hier
im Beispiel eine Hollilleitung mit rechteckförmigem Querschnitt, übergeführt wird.
Der Strahlerhehlraum kann hierbei die gleiche Tiefe wie die Speiseleitung aufweisen,
der Se;ktortrichter braucht dann nur in seiner Breite verjüngt zu werden:.
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Eine wesentliche Verkleinerung der Größe der Richtantenne läßt sich
bei ,einer Ausführungsform nach Fig. 2 .erzielen, in der sie in Rück- und Seitenansicht
dargestellt ist. In der Seitenansicht bedeuten die beiden Pfeile die Richtung der
von der Strahlenfläche des Hohlraumes i abgestrahlten elektromagnetischen Wellen.
Zum Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. i schließt sich hier an
den -Querschnitt des Hohlraumes i ein
um i8o° gebogener Hohlraumkrümmer7
an, der es ermöglicht, die elektromagnetische Linse 3 hinter dem. Hohlraum i anzuordnen.
An diese Linse kann wiederum die Speiseleitung 6 über den Sektortrichter 5 angeschlossen
werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Richtantenne nach der Erfindung zeigt
in Seitenansicht Fig. 3. Bei dieser Richtantenne ist die Strahlerfläche z. B. in
ihrer @halben Läng-e längs ihrer Breitseite in zwei Strahlenflächen unterteilt.,
so daß der der Erregung der Str2hlerfläclie dienende Hohlraum aus -zwei Teilhohlräumen
besteht. Diese Teilhohlräume sind nach der der Strahlerfläche abgekehrten Seite
gekrümmt und werden nach einer weiteren Krümmung in einen zu den Teilhohlräumen
verlaufenden gemeinsamen Hohlraum 8 übergeführt. Hieran kann wiederum eine Hdlilrohrlinse
3, ein Stlztortricliter 5 und eine Speiseleitung 6 angeschlossen «-erden. In bekannter
Weise können die beiden Hälften der Strahlerfläche um die Strecke von einer viertel
Wellenlänge gegeneinander, wie aus der Figur ersichtlich, versetzt werden. Auf diese
Weise wird die Richtcharatkteristil: bei Frequenzänderungen im wesentlichen erhalten;
es ändert sich nur mehr der Bündelungswinkel.
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Hohlräume, wie sie bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
vorhanden sind, können durch den an den großen Flächen auftretenden Winddruck leicht
deformiert werden. Es wird datier weiterhin vorgeschlagen, wenigstens den an die
Strahlerfläche angrenzenden Hohlraum, z. B. durch Einfügen von Trennblechen, in
parallel laufende Hohlrohre zu unterteilen. In jedem Hohlrohr werden dann .an geeigneten
Stellen, vorzugsweise in zwei Reihen, Öffnungen, insbesondere Schlitze angebracht,
so daß sich eine mit Stralilerelementen bedeckte Strahlerfläche ergibt.
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Ausführungsbeispiele mit unterteilten Hohlräumen werden im folgenden
gebracht. Fig..I zeigt eine derartig ausgebildete Richtantenne, die über Sektortrichter
bzw. elektrische Linse und Sektortriehter gespeist werden kann. Die einzelnen Hohlleitungsstücke
g können an einem Ende kurzgeschlossen oder mit wellenabsorbierenden Mitteln zur
Erzielung größerer Breitbandigkeit abgeschlossen sein. Zum Unterschied gegenüber
den ersteren Ausführungsbeispielen verlaufen hier die Schlitze in Richtung der Wellenausbreitung
im Hohlraum. Ihre Lage zueinander ist so zu wählen, daß alle Schlitze gleichphasig
erregt werden. Die Schlitze können vorteilhafterweise altwechselnd an beiden Seiten
des zur Strahlerfläche gehörenden Flächenstreifens des Hohlleiters, also in zwei
Reihen angeordnet und vorzugsweise 2/2 lang sein.
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Die im vorhergehenden angeführten elektrischen Linsen können .gegebenenfalls
durch verschiedene Längen der Hohlleitungsstiicke ersetzt werden. Dies führt z.
B. zu einer Ausführungsform der Fig. 5, bei der sich an den Sektortrichter io in
Stufen abgesetzte Hohlleitungen i i anschließen. Die in der Stralilerfläche anzubringenden
Schlitze können in der üblichen Anordnung verteilt sein. Eine andere Art der Speisung-derStra
lerflächeist in Fig. 6 wiedergegeben. In dem Sektortrichter 5 sind keine phasenbeschleunigenden
oder -verzögernden Mittel enthalten. Eine phasenrichtige Speisung der einzelnen,
mit .Schlitzen versehenen Hohlleitungen 12 kann dabei durch -eine solche Länge dieser
Leitungen herbeigeführt werden, daß die Strablerschlitze an Orte mit phasenrichtiger
Erregung zu liegen kommen.
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Bei den bisher angeführten Ausführungsbeispielen erfolgt die Anregung
des elektromagnetischen Feldes im Hohlraum bzw. in den Teillioblräumen derart, daß
die elektrische Feldstärke im Hohlraum auf der Strahlerfläche senkrecht steht. Es
kann nun das eleIztromagnetische Feld auch derart angeregt werden., daß die elektrische
Feldstärke parallel zur Stra:hlerfläche verläuft, wie es in Fig. 7 angegeben ist.
Eine solche Anregung kann beispielsweise -durch eine entsprechende Verbindung der
Speiseleitung mit dem Sektortricht:er erzielt werden. Desgleichen 'können die den
Hohlraum bildenden Hohlleiter mit ihrer Breitseite aneinandergefügt werden, so daß
die schmalen Flächenteile der Hohlleiter die Strahlerfläche bilden.
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Eine verhältnismäßig große relative Bandbreite der Richtantenne nach
der Erfindung erhält man, wenn, man die Schlitze etwa nach Fi:g. 8 auf der Strahlerfläche
,anordnet, wobei es nicht erforderlich ist, daß der Hohlraum in mehrere Einzelhohlräume,
wie in der Figur dargestellt, unterteilt ist. Durch die Kettenbildung der vorn der
Speiseseite aus gesehen hintereinanderliegenden, schräg zur Fortpflanzungsrichtung
verlaufenden Schlitze 13 ergibt sich eine Anpassung -der Schlitze bzw. der durch
die Schlitze dargestellten Vierpole an den Wellenwiderstand der Leitungselemente.
Breite und Richtung der einzelnen Strahlerelemente sind dieser Bedingung und der
Verteilung der abgestrahlten Leistung entsprechend zu wählen. Die Speisung dieses
Hohlraumes bzw. dieser Hohlräume kann über einen Sektortrichter i-. und eine elektrische
Linse 15 erfolgen.. Die Bandbreite dieser Antenne kann noch vergrößert werden, wenn
man die Speisung des Hohlraumes nach Fig. 3 durchführt.
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Die Kombination der verschiedenen Richtantennentypen nach der Erfindung
mit den verschiedenen Erregungsmitteln kann beliebig sein und ist nicht auf die
in den Ausführungsbeispielen angeführten Anordnungen: beschränkt. Insbesondere lassen
sich an den Hohlraum bzw. an die Hohlräume der Richtantenne auch Krümmer anbauen,
die es ermöglichen, die Speiseanordnung hinter der Richtantenne vorzusehen, um so
eine wesentliche Verkleinerung der frontalen Fläche zu erzielen.
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Die Anwendung der einzelnen Antennenformen und Antennenspeiseeinrichtun.gen
kann von dem Verwendungszweck abhängig sein. Antennenformen nach Fig.5 oder 6 können
ohne besondere Linsenteile gebaut werden. Die Fertigung solcher Antennen kann z.
B. in der Welse vor sich gehen, daß man einheitlich hergestellte Hohlleitungsstücke
in der Länge entsprechend beinißt. Da die Schlitze, vom kurzgeschlossenen Ende ausgesehen,
bei allen.
I-l@ohlleitungsstücken in gleichen, Abständen folgen,
ist die Herstellung bei allen Höhlleitungsstücken die .gleiche.
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Ein, besonderer Vorteil iäßt sich. bei der Speisung der Richtantenne
noch dadurch erzielen, .daß man die Übergangsglieder zwischen Speiseleitung und
Flächenstrahler als Transformatiönsglieder .ausbildet. So kann .man beispielsweise
bei der Anordnung nach Fig. 9 am Speisepunkt des Sektortrichters eine Serienschaltung
der Eingangswiderstände der .Strahlerhohlräume erzielen; man kann in diesem Fall
.die Speiseleitung derart an den Sektortrichter heranführen, daß der Vektor der
elektrischen Feldstärke E die durch Pfeile eingezeichnete Lage annimmt. Um die Darstellung
des Sektortrichters deutlicher zu gestalten, ist der Trichter teilweise aufgeschnitten
gezeigt. Dient ein: Rechteckhohlleiter als Speiseleitung, dann ist es zweckmäßig,
in ihm eine H..-Welle zu erregen und ihn z. B. in .der angegebenen Weise an den.
Sektortrichter anzuschließen. Der Ausgang .der sich von diesem Anschlußpunkt. aus
erweiternden Se'ktortrichterteilhohlräume führt dann eine elektrische Welle, deren
elektrischer Vektor E die eingezeichnete Richtung besitzt und deren Gesamtfeldstärke
den Vektor EI ergibt, Auf solche oder ähnliche Weise kann der Antennenwiderstand
auf einen notwendigen Eingangswiderstand oder Leitungswellenwiderstand transformiert
werden. Vorteilhaft ist es, die auf der Seite der Speiseleitung liegenden Enden
der den Hohlraum teilenden Trennbleche 16 nicht mit den Begrenzungsflächen des Se'ktortrichters
starr zu verbinden, sondern diese Trennbleche beweglich zu belassen, so daß durch
Verändern des Raumes zwischen den einzelnen Trennblechen die Größe der in den einzelnen
Kanal eingespeisten Leistung -bestimmt und damit das Richtdiagramm korrigiert werden
kann. An -den Stellen, an denen die Trennbleche beweglich sind, empfiehlt es sich,
"diese Bleche; wie in. der Fig. 9 dargestellt, am Rand umzubiegen, so daß der umgebogene
Teil der Trennbleche einen. kapazitiven Kurzschluß zum Sektortrichter herstellt.
Diese umgebogenen Teile: -werden in bekannter Weise gefiedert, um so die elektrische
Verbindung zwischen Trennblech .und Sektortrichter zu, verbessern. .
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Die Speisung der Sektortrichter kann- in beliebiger Weise; z. B. durch
koaxiale Leitungen oder Hohlleitungen, erfolgen. Hierfür geeignete Anregungssysteme
sind hinreichend bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. --