DE1952053B2 - Mikrowellenantenne mit mehreren parallelen strahlenden leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenantenne mit mehreren parallelen strahlenden Leitungen, bei der ein Übertragungsleitungswerk mit zwei Speiseleitungen zur Erzeugung einer entsprechenden Anzahl von Bündeln versehen ist.

Eine derartige An;enne ist z. B. aus I.R.E. International Convention Record, 1960, Teil I, S. 48 bis 50, bekannt und wird als Radarantenne zum gleichzeitigen Erzeugen mehrerer übereinander liegender, nahezu gleicher Bündel verwendet und zwar mit ein und demselben Antennenöffnungswinkel, welche Bündel gemeinsam ein fächerförmiges Antennenbündelmuster bilden. Das Übertragungsleitungsnetzwerk dieser Antenne enthält zwei Gruppen elektromagnetischer Wellenleiter, von denen die Wellenleiter einer Gruppe jeweils mit einer gleichen Anzahl strahlender Leitungen verbunden sind und die Wellenleiter der anderen Gruppe Speiseleitungen bilden; jede Speiseleitung ist mit jeder strahlenden Leitung durch Richtkoppler verbunden. Die Verwendung eines Richtkopplers zwischen jeweils zwei zu den unterschiedlichen Gruppen gehörigen Wellenleitern hat den Nachteil, daß eine Übertragung elektromagnetischer Energie zwischen zwei zu der g!eici;en Gruppe gehörigen Wellenleitern über einen zu der anderen Gruppe gehörigen Wellenleiter ermöglicht wird, wodurch der Antennenwirkungsgrad und der Antennengewinn ungünstig beeinflußt werden.

Eine Mikrowellenantenne eingangs erwähnter Art ist auch aus der DT-AS 12 22130 bekannt, wobei das Übertragungsleitungsnetzwerk mit nur zwei Speiseleitungen versehen ist; dabei ist die Hälfte der zu den

strahlenden Leitungen gehörigen Wellenleiter mit der einen Speiseleitung verbunden, wogegen die andere Hälfte der zu den strahlenden Leitungen gehörigen Wellenleiter mit der anderen Speiseleitung verbunden ist. Dies ermöglicht das Erzeugen von Strahlungsbündein in vier Richtungen, symmetrisch in bezug auf zwei senkrecht aufeinanderstellende Achsen. Die gegenseitige Beeinflussung der Speiseleitungen spielt hier keine Rolle.
Eine weitere Mikrowellenantenne eingangs erwähnter Art ist aus der US-PS 32 43 818 bekannt, wobei die Antenne aus zwei auf unterschiedlichen Frequenzen wirksamen parallelen Speiseleitungen und einer senkrecht zu den Speiseleitungen stehenden strahlenden Leitung besteht; die strahlende Leitung umfaßt eine zweifache Schlitzanordnung zur Ausstrahlung der von beiden Speiseleitungen gelieferten Energie, wodurch zwei Strahlungsbündel erhalten werden. Die Übertragung der Energie zwischen den Speiseleitungen einerseits und der strahlenden Leitung andererseits erfolgt mit Hilfe von Schlitzen in dem gemeinsamen Wandteil der strahlenden Leitung und der Speiseleitungen. Auch hier besteht die Gefahr der Energieübertragung von der f.inen Speiseleitung zu der anderen über die genannten Schlitze in dem gemeinsamen Wandteil, besonders wenn die beiden für die Speiseleitungen geeigneten Frequenzen sehr nahe beeinander liegen. Dies ist aber nicht der Fall, weil die eine Frequenz mindestens das Doppelte der anderen beträgt (siehe Spalte 2, Zeilen 37 bis 45).

Die Erfindung bezweckt, eine Mikrowellenantenne der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der eine gegenseitige Beeinflussung der Speiseleitungen vermieden wird, so daß ein Antennen-Wirkungsgrad und ein maximaler Antennengewinn erreicht wird.

Nach Erfindung hat zur Lösung dieser Aufgabe jede Speiseleitung des Übertragungsleitungsnetzwerkes der genannten Antenne ihr eigenes Frequenzband, das sich von dem anderen Frequenzband unterscheidet, wobei jeder strahlenden Leitung eine Frequenzweichenschaltung zugeordnet ist, deren einer für beide Frequenzbänder gemeinsamer Eingang mit der strahlenden Leitung und deren beiden anderen, frequenzselektiven Eingänge jeweils mit der das betreffende Frequenzband übertragenden Speiseleitung verbunden sind.

Eine gegenseitige Beeinflussung der Speiseleitungen wird durch die Frequenzweichenschaltung verhindert.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der Figuren näher erläutert, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Mikrowellenantenne nach der Erfindung darstellt.

In dieser Figur bezeichnet mit 1 eine schematisch dargestellte Mikrowellenantenne des Gruppenstrahltyps, die an ein Übertragungsleitungsnetzwerk 2 mit

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mehreren Speiseleitungen angeschlossen ist. Nach der Erfindung ergibt sich eine besonders günstige und vorteilhafte Ausführungsform, wenn die Antenne aus mehreren parallelen strahlenden Leitungen 3, 4, 5, 6 zusammengebaut wird und wenn jede der Speiseleitun- :> gen 7, 8 des Übertragungslekungsnetzwerkes 2 ein eigenes, sich von den anderen Bändern unterscheidendes Frequenzband hat, wobei diese Speiseleitungen mit allen strahlenden Leitungen über eine Anzahl von strahlenden Leitungen entsprechende Anzahl frequenzselektiver Kopplungsvorrichtungen 9, 10, 11, 12 verbunden sind, die je für sich derart ausgebildet sind, daß sie die auszusendenden Signale unterschiedlicher Frequenzbärider gemeinsam den zugehörigen strahlenden Leitungen zuführen, während sie die empfangenen Signale entsprechend dem Frequenzband getrennt den unterschiedlichen Speiseleitungen zuführen.

Die erwähnten parallelen strahlenden Leitungen 3, 4, 5 und 6 bilden zusammen einen flachen Gruppenstrahler. Jede dieser strahlenden Leitungen besteht aus einem geschlitzten Wellenleiter 13, der in üblicher Weise an einem Ende durch eine nicht reflektierende Belastung 14 abgeschlossen ist, während das andere Ende den Eingang bzw. Ausgang des Wellenleiters bildet. Einfachheitshalber wird hier angenommen, daß der flache Gruppenstrahler nur vier strahlende Leitungen umfaßt.

Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich in besonders günstiger Weise durch die verhältnismäßig große Einfachheit des Übertragungsleitungsnotzwerkes 2, das hier nur zwei Speiseleitungen 7 und 8 enthält, denen je ein anderes Frequenzband /bzw. //zugewiesen ist. Die beiden Speiseleitungen sind an je einem Ende durch eine nicht reflektierende Belastung 15 bzw. 16 abgeschlossen.

Da bei der Antenne nach der Erfindung mit in verschiedenen Frequenzbändern liegenden Signalen gearbeitet wird, muß das Übertragungsleitungsnetzwerk 2 mit Mitteln versehen sein, durch welche die in verschiedenen Frequenzbändern liegenden Signale gemeinsam allen strahlenden Leitungen des Gruppenstrahlers zugeführt werden können, während auch Mittel vorgesehen sein müssen, welche die empfangenen Echosignale entsprechend dem Frequenzband getrennt werden können. Dies wird in besonders einfacher Weise dadurch bewerkstelligt, da sowohl zum Zusammenfügen als auch zum Trennen eine und dieselbe aus der Frequenzdiversitätstechnik an sich bekannte Vorrichtung verwendbar ist, die gewöhnlich Frequenzweichenschaltung (»Diplexer«) genannt wird. Das Übertragungsleitungsnetzwerk 2 enthält vier solcher Frequenzweichenschaltungen 9, 10, 11, 12, welche Anzahl der Anzahl von strahlenden Leitungen des flachen Gruppenstrahlers entspricht. Da diese Frequenzweichenschaltungen einander gleich sind, genügt die Beschreibung der Frequenzweichenschaltung 9. Diese besteht aus zwei Wellenleitern 17 und 18, die durch zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angebrachte Richtkoppler 19 und 19' (3-dB-Zweiarm-Richtkoppler) miteinander gekoppelt sind. Jeder der Wellenleiter 17 und 18 ist mit einem Filter 20 und 20' versehen, während der Wellenleiter 18 an einem Ende mit einer nicht reflektierenden Belastung 21 abgeschlossen ist. Außer den erwähnten Speiseleitungen 7 und 8 und den Fi equenzweichenschaltungen 9,10, 11 und 12 enthält das Übertragungsleitungsnetzwerk 2 noch vier Richtkoppler 22, 23, 24 und 25 für die Speiseleitungen 7 und vier Richtkoppler 22', 23', 24' und 25' für die Speiseleitung 8. Diese Richtkoppler sind in einem bestimmten Abstand voneinander mit der zugehörigen Speiseleitung gekoppelt Wird angenommen, daß am Eingang der Speiseleitung 7 ein Signal im Frequenzband / und gleichzeitig am Eingang der Speiseleitung 8 ein Signal im Frequenzband // auftritt, so koppelt jedes Paar Richtkoppler wie z. B. 22, 22' eine bestimmte Menge Signalene^rgie aus den beiden Speiseleitungen 7 und 8 aus und führt sie der Frequenzweichenschaltung zu, an die dieses Paar angeschlossen ist. Jede dieser Frequenzweichenschaltungen bewirkt dabei, daß die aus den beiden Speiseleitungen ausgekoppelte Signalenergie der beiden Frequenzbänder /und //zusammengefügt und diese zusammengefügte Energie einer der parallelen strahlenden Leitungen zugeführt wird. Es ergibt sich somit, daß der aus den erwähnten parallelen strahlenden Leitungen aufgebaute, flache Gruppenstrahler die Signale der erwähnten Frequenzbänder aussendet. Zielechos werden von der Antenne empfangen und den unterschiedlichen Frequenzweichenschaltungen 9, 10, 11 und 12 zugeführt. Diese Frequenzweichenschaltungen wirken als Frequenzweiche für die empfangenen Signale, so daß diese nach Frequenzband getrennt werden, wobei die Signale des Frequenzbandes /über die Richtkoppler 22, 23, 24 und 25 der Speiseleitung 7 und die Signale des Frequenzbandes // über die Richtkoppler 22', 23', 24' und 25' der Speiseleitung 8 zugeführt werden.

Die vorstehend beschriebene Antenne ermöglicht, mit ein und demselben Antennenöffnungswinkel in zwei Frequenzbändern / und // auszusenden und zu empfangen, wobei die Signale des Frequenzbandes / in einem ersten, z. B. kosekans²-förmigen Bündel und die Signale des Frequenzbandes // in einem zweiten, z. B. bleistiftförmigen Bündel ausgesandt und empfangen werden. Die Kosekans²-Form des ersten Bündels wird durch das Amplitude-Phasenverhältnis der Signale des Frequenzbandes / bestimmt, die den betreffenden strahlenden Leitungen zugeführt werden. Auch die Bleistiftform des zweiten Bündels wird durch das Amplitude-Phasenverhältnis der Signale des Frequenzbandes // bestimmt, die den betreffenden strahlenden Leitungen zugeführt werden. Das für jedes dieser Bündel richtige Amplitude-Phasenverhältnis wird durch richtige Wahl des Koppelfaktors der aufeinanderfolgenden Richtkoppler jeder der Speiseleitungen und durch richtige Wahl der Länge der Speiseleitungsabschnittes zwischen jedem Paar aufeinanderfolgender Richtkoppler erhalten. In bezug auf das Übertragungssystem 2 sei bemerkt, daß die Speiseleitung 8 z. B. aus einem rechteckigen Wellenleiter besteht, der serpentinenartig geformt ist, so daß der physikalische Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Richtkopplern erheblich geringer als die Länge des Wellenleiterabschnittes zwischen den aufeinanderfolgenden Richtkopplern ist. Bekanntlich ist es bei Verwendung eines solchen serpentinenartigen Wellenleiters zum Speisen eines flachen Gruppenstrahlers möglich, ein frequenzgesteuertes Bündel zu erhalten. Die Bündelrichtung hängt dabei von der Frequenz der dem serpentinenartigen Wellenleiter zugeführten Signale ab. Diese Eigenschaft kann dann benutzt werden, das bleistiftförmige Bündel zu steuern, daß dieses in der Ebene des kosekans²-förmigen Bündelmusters eine Abtastbewegung durchführen kann. Es folgt somit, daß dies eine dreidimensionale Zielpositionsbestimmung ermöglicht. Die Schleifen des Serpentinenweller.leiters ergeben dabei die erwünschte Frequenzabhängigkeit. Wenn hingegen das Bündel

nabhängig von der Frequenz sein soll, was z. B. bei dem osekans²-förmigen Bündel der Fall ist, ist es notwendig, aß die Speiseleitung 7 frequenzunabhängige Eigen- :haften aufweist. Dann müssen frequenzunabhängige hasenschieber, wie 26, vorhanden sein, um den "wünschten Phasenverlauf über den Antennenöffnungswinkel herbeizuführen. Da bei der Mikrowellenantenne nach der Erfindung Speiseleitungen verwendet werden, denen je ein eigenes Frequenzband zugewiesen ist, können diese Speiseleitungen sich nicht gegenseitig beeinflussen, wodurch ein hoher Wirkungsgrad und eine maximale Verstärkung der Antenne erhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenantenne mit mehreren parallelen strahlenden Leitungen, bei der ein Übertragungsleitungsnetzwerk mit zwei Speiseleitungen zur Erzeugung einer entsprechenden Anzahl von Bündeln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Speiseleitungen (7, 8) des Übertragungsleitungsnetzwerkes (2) ihr eigenes Frequenzband hat, das sich von dem anderen Frequenzband unterscheidet, und daß jeder strahlenden Leitung (3 bis 6) eine Frequenzweichenschaltung (9 bis 12) zugeordnet ist, deren einer für beide Frequenzbänder gemeinsamer Eingang mit der strahlenden Leitung (3 bis 6) unc¹ deren beiden anderen, frequenzselektiven Eingänge jeweils mit der das betreffende Frequenzband übertragenden Speiseleitung (7,8) verbunden sind.

2. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1, bei der jede Speiseleitung durch einen rechteckigen Wellenleiter gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speiseleitung (7 bzw. 8) mit einer der Zahl der Frequenzweichenschaltungen (9 bis 12) entsprechenden Anzahl von Richtkopplern (22 bis 25 bzw. 22' bis 25') versehen ist, welche in einem bestimmten Abstand voneinander längs der Speiseleitung (7 bzw. 8) angeordnet sind und die Verbindung zwischen der Speiseleitung (7 bzw. 8) und den Frequenzweichenschaltungen (9 bis 12) bilden.

3. Mikrowellenantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Speiseleitung (7) das Amplituden-Phasenverhältnis der Auskopplungen derart gewählt ist, daß die durch die parallelen strahlenden Leitungen (3 bis 6) gebildete Antenne ein kosekans²-förmiges Sende-Empfangsmuster aufweist, während für die andere Speiseleitung (8) das Amplituden-Phasenverhältnis der Auskopplungen derart gewählt ist, daß die Antenne ein bleistiftförmiges Sende-Empfangsdiagramm hat

4. Mikrowellenantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die andere Speiseleitung (8) zu einer sogenannten serpentinenförmigen Speiseleitung ausgebildet ist, und der physikalische Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Richtkopplern (22' bis 25') wesentlich kleiner ist als die Länge des Wellenleiterabschnittes zwischen diesen aufeinanderfolgenden Richtkopplern (22' bis 2ii').