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Prof. Dr.- Ing. Albert OTT :
 
Kreisgruppenstrahler mit einem um 360 °
elektronisch schwenkbaren Horizontaldiagramm
 
Ziel :

Mikrowellenantenne mit einem in der Horizontalebene um 360 ° schwenkbaren Richtdiagramm, wobei der Schwenkwinkel sehr schnell auf elektronischem Wege einstellbarsein soll.

Theorie:

Flächenstrahler mit einer von den Ortskoordinaten abhängigen Phase der Anregeströme ermöglichen zwar eine elektronische Diagrammschwenkung, jedoch ist der Schwenkwinkel begrenzt auf maximal + /- p/2 . Um eine Schwenkung um den Vollwinkel zu ermöglichen, wird hier ein Kreisgruppenstrahler mit spezieller, jedoch einfach zu realisierender Anregung vorgeschlagen.

Im Fernfeld eines einzelnen Stabstrahlers der Länge l folgt die elektrische Feldstärke Eδ
der Gleichung


 
Im Faktor F sind alle Parameter zusammengefaßt, die das Richtdiagramm nicht be-einflussen. Der Einzelstrahler hat in der Horizontalebene keine Richtwirkung. Um eine solche herbeizuführen, werden Stabstrahler in einer Kreisgruppe angeordnet. Damit die Gruppe eine horizontale Richtwirkung hat, müssen die Einzelstrahler koordinatenabhängig erregt werden. Wie daraus das horizontale Richtdiagramm entsteht, soll im folgenden gezeigt werden.

Bezogen auf den Mittelpunkt der Kreisgruppe gehorcht die aus der Laufwegdifferenz folgende Phasendifferenz einer vom Umfangspunkt j i ausgehenden Welle der Gleichung
Damit lautet die komplexe Amplitude eines der Einzelstrahler im Punkt P des Fernfeldes
 
und diejenige der Kreisgruppe mit im Grenzfall sehr vielen Einzelstrahlern
wobei das vertikale Richtdiagramm mit dem Faktor Dd(d) abgekürzt ist.
 
Das horizontale Richtdiagramm ist keine Funktion des Azimutwinkels j, solange die Erregerfunktion E eine Konstante ist, sie muß also selbst eine Funktion von j werden.

Wie sich zeigen wird, genügt dabei eine (einfach zu realisierende) Abhängigkeit des Betrages der Erregerfunktion von j, deren Phase kann konstant gehalten werden.

Wegen der Kreissymmetrie kann man also ansetzen
Dieser Funktionstyp einer Gauß - Verteilung wird gewählt, weil als Zusatzbedingung angestrebt wird, die Nebenkeulen des Horizontaldiagrammes zu minimieren. Dies ergibt die Gleichung des Horizontaldiagrammes
 
Aus physikalischen Gründen werden die Integrationsgrenzen zu - p/2 und + p/2 gewählt, das Integrationsintervall beträgt also einen halben Umfang der Kreisgruppe. Die Gauß - Funktion muß damit einen Parameter s aufweisen, der die wesentlichen Amplitudenanteile der Erregung innerhalb des Intervalls liefert, was sinnvoll ist, wie die Auswertung zeigen wird.

Das hierin enthaltene Horizontaldiagramm lautet nun
Die Integration läßt sich nach einigen Umformungen durchführen. Die cos- Funktion in
der Exponentialfunktion verschwindet bei der Umformung in eine Summe mit Bessel - Funktionen
Die Integration läßt sich für die Reihenglieder einzeln durchführen, wobei Integrale der Form
verwendet werden. Dann bleibt schließlich für die Funktion Dj des horizontalen Richtdiagrammes
 
Damit lautet die endgültige Gleichung für das gesamte Richtdiagramm
 
 
 
 
 
 
Strahleranrdnung und Definition der Variablen
 
 
 
Richtdiagramm in cartesischen Koordinaten
 
 
 
Richtdiagramm in Polarkoordinaten
 
 
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