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Die vorliegende Erfindung bezieht auf einen Wellenleiter mit
nicht geneigten Schlitzstrahlern des Typs, der versehen ist
mit zur Achse des Wellenleiters senkrechten Schlitzen, die in
einer kurzen Seite des Wellenleiters mit einem Abstand
ausgeschnitten sind, der im wesentlichen, jedoch nicht genau gleich
einer halben Betriebswellenlänge im Wellenleiter ist, sowie
mit Mitteln zum Erregen jedes dieser Schlitze.
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Die Schlitzleiter werden häufig als lineare Gruppen von
Strahlerquellen in Gruppenantennen, beispielsweise in einem Radar,
verwendet. Sie besitzen die Vorteile niedriger Kosten und
geringer Verluste Um eine Strahlung in der Nähe der Normalen
des Wellenleiters und eine gute Anpassung zu erhalten, sind
einerseits ein Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schlitzen
in der Nähe von λg/2, wobei λg die Wellenlänge im Wellenleiter
ist, und andererseits eine zusätzliche Phasenverschiebung von
π zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen notwendig.
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Diese Bedingungen können mit Schlitzen erfüllt werden, die
entweder in einer langen Seite eines Wellenleiters mit
rechtwinkligem Querschnitt oder in einer kurzen Seite angeordnet
sind. Die Schlitze in der langen Seite besitzen mehrere
Nachteile, insbesondere eine große Schrittweite zwischen
aufeinanderfolgenden Wellenleitern, was den Strahlschwenkungswinkel
in einer zu den Wellenleitern senkrechten Ebene begrenzt.
Daher wird die Verwendung von Schlitzen in der kurzen Seite
der Wellenleiter bevorzugt.
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Wenn die Schlitze zur Achse des Wellenleiters senkrecht sind,
erfolgt keine Energiekopplung zwischen den Schlitzen und dem
Wellenleiter, so daß die Strahlung Null ist.
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Eine erste Lösung besteht daher darin, die Schlitze
abwechselnd zur einen und zur anderen Seite zu neigen, um die vorher
spezifizierten notwendigen Bedingungen zu erhalten. Diese
Lösung besitzt jedoch den Nachteil, daß aufgrund der Neigung
der Schlitze eine Komponente mit gekreuzter Polarisation
abgestrahlt wird, die Pegel erreichen kann, die mit einer
korrekten Funktionsweise der diese Wellenleiter verwendenden
Antenne unverträglich ist.
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Eine andere bekannte Lösung besteht daher darin, nicht
geneigte Schlitze (senkrecht zur Achse des Wellenleiters) zu
verwenden und sie mittels eines in dem Wellenleiter
angeordneten Hindernisses (Irisblende, Stifte) zu erregen.
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Insbesondere beschreibt das amerikanische Patent US 4 435 715
(Hughes Aircraft) einen Wellenleiter mit nicht geneigten
Schlitzen, in welchem die Erregung eines Schlitzes dadurch
erhalten wird, daß beiderseits des Schlitzes leitende Stifte
angeordnet werden. Jeder Stift ist zwischen einer Kante des
Schlitzes und einer der langen Seiten des Wellenleiters
angeordnet. Eine solche Lösung besitzt jedoch den Nachteil, daß
sie bei der Herstellung teuer ist. Es ist nämlich notwendig,
die Stifte innerhalb des Wellenleiters beispielsweise durch
Schweißen im Bad einzeln zu befestigen. Andererseits hat die
Verwendung von Stiften im Hinblick auf Höchstfrequenzen
erhebliche Nachteile. Diese Lösung weist nämlich eine bestimmte
Frequenzselektivität auf, woraus sich ein begrenztes
Durchlaßband und ein verhältnismäßig wenig zufriedenstellendes
Stehwellenverhältnis (SWV) ergeben. Außerdem hat die Kopplung
durch Stifte die Verwendung von verhältnismäßig großen
Schlitzen zur Folge, woraus sich ein Pegel einer verbleibenden
gekreuzten Polarisation ergibt, der für bestimmte Anwendungen
hinderlich sein kann.
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Die Erfindung hat einen Schlitz-Wellenleiter zum Gegenstand,
der diese Nachteile durch die Verwendung von Metallplatten für
die Erregung jedes Schlitzes beseitigt.
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Gemäß der Erfindung wird daher ein Wellenleiter mit nicht
geneigten Schlitzstrahlern des Typs geschaffen, der versehen
ist mit zur Achse des Wellenleiters senkrechten Schlitzen, die
in einer kurzen Seite des Wellenleiters mit einem Abstand
ausgeschnitten sind, der im wesentlichen, jedoch nicht genau
gleich einer halben Betriebswellenlänge im Wellenleiter ist,
sowie mit Mitteln zum Erregen jedes dieser Schlitze, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erregungsmittel durch wenigstens eine
Metallplatte gebildet sind, die in den Wellenleiter längs
einer langen Seite des Wellenleiters und der die Schlitze
tragenden kurzen Seite an einer Position eingeschoben sind,
die an den zugeordneten Schlitz angrenzt, und sich in einer zu
den Wänden des Wellenleiters senkrechten Ebene erstreckt.
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Die Erfindung wird besser verständlich und weitere Merkmale
und Vorteile werden deutlich mit Hilfe der folgenden
Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, in denen:
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- Fig. 1 perspektivisch einen Schlitz-Wellenleiter gemäß der
Erfindung zeigt und
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- Fig. 2 den Wellenleiter von Fig. 1 in einer Vorderansicht
der Schlitzstrahler-Seite zeigt.
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In den Figuren sind die gleichen Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Wellenleiter 1, der nicht
geneigte, d. h. zur Längsachse des Wellenleiters senkrechte
Schlitzstrahler 2, 3 enthält, die in der kurzen Seite
ausgeschnitten sind. Somit sind solche Schlitze, wie bereits
erwähnt worden ist, normalerweise nicht mit der Energie
gekoppelt,
die sich im Wellenleiter 1 ausbreitet, so daß sie nicht
strahlen.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, in den Wellenleiter
Metallplatten 21, 22, 31, 32 einzuschieben. Diese Platten sind
hier dreieckig geformt. Sie sind in Anbringungsschlitzen, die
im Wellenleiter mit geeigneter Tiefe senkrecht zu den Wänden
des Wellenleiters ausgeschnitten sind, angeordnet und
verschweißt. Die Platten sind den Schlitzen 2, 3 paarweise, 21-22
bzw. 31-32, zugeordnet und angrenzend an die zugehörigen
Schlitze beiderseits derselben angeordnet.
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Jede Platte ist im Wellenleiter so angeordnet, daß sie an die
kurze Seite, die die Schlitze aufweist, sowie an eine der
langen Seiten des Wellenleiters angrenzt.
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Die Platten bewirken eine Modifikation des elektrischen Feldes
auf Höhe des Schlitzes und somit dessen Erregung.
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Der Kopplungswert kann in zwei Weisen eingestellt werden:
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- indem die Abmessungen der Platten modifiziert werden;
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- indem ihre Position in bezug auf den Schlitzstrahler
eingestellt wird, d. h. indem der Abstand ihrer Ebene in bezug
auf den zugeordneten Schlitz eingestellt wird.
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Die Schlitzstrahler sind voneinander um eine Schrittweite
beabstandet, die im wesentlichen gleich λg/2 ist, wobei λg die
Betriebswellenlänge im Wellenleiter ist. Später wird genauer
angegeben, wie die Wahl dieses Abstands in der Praxis erfolgt.
Aufgrund des letzteren ist es notwendig, eine zusätzliche
Phasenverschiebung um π zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Schlitzstrahlern zu schaffen. Diese Phasenverschiebung wird
erhalten, indem die Positionen der Platten beiderseits des
Schlitzes in den aufeinanderfolgenden Paaren umgekehrt werdden.
Somit ist in den Fig. 1 und 2 die Position der Platten 31 und
32 in bezug auf jene der Platten 21 und 22 umgekehrt.
Beispielsweise sind die einem Schlitz zugeordneten Platten 31, 32
in bezug auf die Mittelachse XX' des Schlitzes, d. h. in bezug
auf die Achse, die zu der die Schlitze aufweisenden kurze
Seite des Wellenleiters senkrecht ist und durch den
Mittelpunkt P des Schlitzes verläuft, symmetrisch.
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Vorzugsweise sind sämtliche Metallplatten so ausgeschnitten,
daß sie unabhängig von ihrer Größe ähnliche rechtwinklige
Dreiecke bilden und daher den gleichen Winkel α aufweisen.
Dies ist in Fig. 1 dadurch dargestellt worden, daß eine Platte
mit größeren Abmessungen 21' mit dem gleichen Winkel α
getrichelt dargestellt ist. Der Vorteil eines solchen Merkmals ist,
daß bei der Herstellung sämtliche Anbringungsschlitze für die
Platten erhalten werden können, indem der Wellenleiter durch
eine Drehung um seine Achse um einen in bezug auf die
Bearbeitungsmaschine festen, gegebenen Winkel orientiert wird.
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Der Winkel α ist so gewählt, daß eine optimale Anpassung im
Wellenleiter erhalten wird, wobei er beispielsweise in der
Größenordnung von 30º liegen kann. Ein Vorteil der Verwenilung
von Platten ist, daß eine Platte mit geringer Größe für elne
schwache Kopplung verwendet werden kann, wobei dennoch eine
einfache und mechanisch präzise und zuverlässige Montage
möglich ist.
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Wie ersichtlich ist, bilden die Metallplatten im Wellenlelter
Hindernisse und erzeugen notwendigerweise Reflexionen eines
Teils der sich hier ausbreitenden Energie. Es ist klar, daß
sich bei einem Abstand zwischen homologen Platten, der gleich
λg/2 ist, die reflektierten Energien addieren, was zu einer
starken Verschlechterung des SWV führt. Wenn der Betrieben
einem gegebenen Frequenzband erfolgen soll, muß der
Wellenleiter daher einen Abstand zwischen den Schlitzstrahlern
aufweisen, derart, daß dieser Abstand entweder für sämtliche
Frequenzen des Bandes kleiner als λg/2 ist oder für sämtliche
Frequenzen des Bandes größer als λg/2 ist. In der Praxis wird
die erste Lösung bevorzugt, weil bei einem Abstand, der größer
als λg/2 ist, die Gefahr besteht, daß störende Gruppenkeulen
auftreten.
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Wie weiter oben angegeben worden ist, ist die Kopplung eines
Schlitzstrahlers durch die Größe der Platten und durch ihren
Abstand zum Schlitz einstellbar. Einer der großen Vorteile von
Metallplatten ist, daß sie ganz am Rand der Schlitzstrahler
angeordnet werden können (im Gegensatz zu den Stiften) und daß
in dieser Position das größte Durchlaßband erhalten wird.
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Selbstverständlich ist es im Fall einer Gruppe, die eine große
Anzahl von Schlitzen enthält, industriell nur schwer zu
erreichen, so viele Größen von Platten vorzusehen, wie Schlitze im
Wellenleiter vorhanden sind. Daher wird eine gegebene Anzahl
von verschiedenen Größen für die Platten festgelegt, wobei die
Einstellung der Kopplungen durch die Abstände zwischen
entsprechenden Platten und Schlitzen vervollständigt wird. Dieser
Kompromiß ermöglicht die Beibehaltung eines ausreichend großen
Durchlaßbandes und führt dennoch zu einer optimierten
Herstellung.
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Vom elektrischen Standpunkt der Höchstfrequenzen aus sind die
Metallplatten weniger selektiv als beispielsweise die Stifte
oder Irisblenden. Daher wird ein größeres Durchlaßband und ein
besseres SWV erhalten. Ein Hauptvorteil ist jedoch, daß, wie
ebenfalls festgestellt worden ist, bei als
Erregungsvorrichtungen dienenden Metallplatten die verwendeten Schlitzstrahler
viel enger, bis zu 50 % weniger groß sein könnten. Nun ist
dies für die Leistungseigenschaften einer Antenne mit linearer
Polarisation, die solche Schlitz-Wellenleiter verwendet,
wesentlich, weil sich daraus eine erhebliche Verringerung der
gekreuzten Polarisation ergibt.
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Selbstverständlich begrenzen die beschriebenen
Ausführungs-beispiele die Erfindung in keiner Weise. Insbesondere könnte nur
eine einzige Errequngsplatte pro Schlitz (beispielsweise die
Platten 21 und 32 oder 22 und 31) verwendet werden, obwohl die
Leistungen etwas weniger gut wären. Ebenso ist die Form der
Platten nicht kritisch, wobei beispielsweise auch Platten mit
rechtwinkliger oder abgerundeter Form verwendet werden
könnten.