DE2930932A1

DE2930932A1 - Rillenhornstrahler

Info

Publication number: DE2930932A1
Application number: DE19792930932
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dipl Ing Thiere; Werner Dipl Ing Vallentin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1979-07-30
Publication date: 1981-02-05
Also published as: JPS5952562B2; GB2056181B; IT1132236B; FR2462789A1; GB2056181A; IT8023665A0; DE2930932C2; US4295142A; FR2462789B1; JPS5623003A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München

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Rillenhornstrahler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rillenhornstrahler, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiter mit konstantem Querschnitt und einem Trichter strahler mit einer regelmäßig periodischen Rillenstruktur mit einer Rillentiefe von weniger als einer viertel Wellenlänge, "bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz, eine Übergangszone eingefügt ist.

Beispielsweise für den Betrieb einer Sende-empfangsantenne mit Strahlungen in zwei orthogonalen Polarisationen ist es notwendig, Strahler mit vorzugsweise niedriger Kreuzpolarisation zu verwenden. Ein rotationssymmetrisches Strahlungsfeld und ein geringer Reflexionsfaktor werden dabei vorausgesetzt. Auf dem Gebiet der Mikrowellenantennen finden Rillenhornstrahler wegen dieser günstigen elektrischen Eigenschaften ein weites Anwendungsfeld. Bisher bekannte Rillenhornstrahler beziehen sich auf Anwendungen bis zu einer maximalen Bandbreite von ca. 2O?6 oder genügen breitbandig keinen

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allzu hohen Anforderungen hinsichtlich des Kreuzpolarisationsverhaltens. Mehrere bekannte Rillenhornstrahler arbeiten mit einer Rillentiefe, die größer als eine viertel Wellenlänge ist. Außerdem sind Rillenhornstrahler bekannt, bei denen die Rillen für die untere Frequenzbandgrenze weniger als eine viertel Wellenlänge tief sind (IEEE Transactions, Band AP-26, Nr. 2, März 1978, Seiten 367 bis 372). Solche Rillenhornstrahler zeichnen sich zwar durch eine verhältnismäßig gute Diagrammsymmetrie im Bereich der unteren Frequenzbandgrenze und durch einen niedrigen Reflexionsfaktor im Bereich der oberen Frequenzbandgrenze aus, weisen jedoch eine ungenügende Anpassung im unteren Frequenzbandbereich und eine größere Diagrammunsymmetrie und eine höhere Kreuzpolarisation im oberen Frequenzbandbereich auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Rillenhornstrahler eine Ubergangszone zu schaffen, welche sowohl hinsichtlich der Anpassung als auch bezüglich der Diagrammsymmetrie und des Kreuzpolarisationsverhaltens breitbandig günstig gestaltet ist, so daß beispielsweise der Einsatz des Hornstrahlers in einer Reflektorantenne möglich ist, welche ein Empfangsband von 3,7 GHz bis 4,2 GHz und ein Sendeband von 5,925 GHz bis 6,425 GHz überdecken kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Übergangszone, ausgehend vom genannten Speisehohlleiter, aus folgenden, sich aneinander anschließenden Abschnitten besteht:

a) ein sich gleichmäßig erweiternder, glattwandiger Hohlleiterabschnitt,

b) ein mit konstantem Querschnitt ausgebildeter, glattwandiger Hohlleiterabschnitt,

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c) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, glattwandiger und hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt,

d) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt mit einer ersten Anpassungszone, die aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Rillen besteht, die hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur bemessen und in der Breite auch geeignet abgestimmt sind, die außerdem hinsichtlich ihrer Tiefe die Rillentiefe in der periodischen Rillenstruktur übersteigen und die mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter gerichteten Ausweitung versehen sind, die, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz, etwa eineachtel Wellenlänge tief ist, e) ein hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung gleichmäßig zunehmender Trichterabschnitt mit einer zweiten Anpassungszone, die aus mehreren aufeinanderfolgenden Rillen besteht, deren Tiefe kontinuierlich bis zur regelmäßigen Rillenstruktur abgestuft ist.

In vorteilhafter Weise ist der Öffnungswinkel des Trichterabschnitts mit der zweiten Anpassungszone größer als der Öffnungswinkel des sich daran anschließenden TrichterStrahlers mit der regelmäßigen, periodischen Rillenstruktur.

In der Patentanmeldung P 28 36 869.6 ist bereits ein Rillenhornstrahler vorgeschlagen, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiterabschnitt auf der einen Seite und einer sich konisch erwiternden, periodischen Wellenlänge auf der anderen Seite eine Anpassungszone eingefügt ist, welche durch eine einzige,

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jedoch erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur bemessene Rille gebildet wird, die ebenfalls eine Tiefe von etwa einer viertel Wellenlänge aufweist und mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter gerichteten Ausweitung versehen ist.

An Hand einer Figur wird ein Ausführungsbeispiel eines mit einem runden Querschnitt versehenen Rillenhornstrahlers nach der Erfindung erläutert.

Die Figur zeigt eins Längsschnittansicht eines Rillenhornstrahlers nach der Erfindung. Dieser weist eine Rotationssymmetrie und somit einen kreisförmigen Querschnitt auf und soll für ein Empfangsband von 3,7 GHz bis 4,2 GHz und ein Sendeband von 5»925 GHz bis 6,425 GHz einsa^zfähig sein. An einen glattwandigen Speisehohlleiter 1 mit konstantem Querschnitt schließt sich ein sich konisch erweiternder, glattwandiger Hohlleiterabschnitt 2 an, dessen Konuswinkel etwa 1° beträgt.

Danach folgt ein zylindrisch ausgebildeter, glattwandiger Hohlleiterabschnitt 3» welcher als Phasenlaufraum dient und eine spezifische Länge sowie einen spezifischen Durchmesser aufweist und ohne mechanischen Stoß und Knick in einen glattwandigen Abschnitt 4 eines ExponentialtrLchters übergeht. Der ExponentialtrLenter mündet im weiteren Verlauf an einer günstigen Stelle in eine erste Anpassungszone 5» die aus zwei aufeinanderfolgenden Rillen 6 und 7 besteht, welche mit dielektrischem Werkstoff ausgefüllt sein können.

Nach diesen beiden Rillen 6 und 7 folgt ein konischer Trichterabschnitt mit einer zweiten Anpassungszone 8, die aus mehreren aufeinanderfolgenden, in der Tiefe kontinuierlich abnehmenden Rillen 9 besteht. Danach

folgt eine sich konisch erweiterende, regelmäßig periodische Rillenstruktur 10 mit einer Rillentiefe von

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weniger als einer viertel Wellenlänge, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz. Die beiden aufeinanderfolgenden Rillen 6 und 7 in der ersten Anpassungszone 5 sind hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der regelmäßig periodischen Rillenstruktur 10 und außerdem in ihrer Breite geeignet abgestimmt. Hinsichtlich ihrer Tiefe übersteigen die Rillen 6 und 7 die Rillen in der periodischen Rillenstruktur 10. Außerdem sind die beiden Rillen 6 und 7 jeweils mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter 1 gerichteten Ausweitung 11 versehen.

Zu beachten ist, daß der Öffnungswinkel des Trichterabschnitts 8 größer ist als der Öffnungswinkel des sich daran anschließenden Trichterstrahlers mit der regelmäßig periodischen Rillenstruktur 10.

Bei einem gewohnlichen Rillenhornstrahler stellen der Übergang vom Speisehohlleiter auf den Hornstrahlerbereich, der Beginn der Rillenstruktur und die Hornstrahlerapertur eine Störung des stabilen Feldzustandes einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle dar. Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die bei den bekannten Rillenhornstrahlern vorhandene, scharf lokalisierte Kante zwischen dem Speisehohlleiter und dem Hornstrahlerbereich durch den sich monoton auf die Steigung des Übergangs öffnenden, sich konisch erweiterndeniind glattwandigen Hohlleiterabschnitt ersetzt.■Durch diese Maßnahme werden spezifische Wechsel-Wirkungen, z.B. Blindenergie und stehende Wellen, im Übergangsbereich zwischen dem Speisehohlleiter und der ersten, diesem folgenden Hornstrahlerrillenstruktur stark vermindert.

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Darüber hinaus ist nach der Erfindung die Form der Ri11enstruktur und ihr Startdurchmesser so gewählt, daß nur eine geringe Einschnürung des für die sich ausbreitende Welle wirksamen Querschnitts verbleibt. Dieser Effekt wird dadurch unterstützt, daß für die Anpassungszone 8 ein größerer Öffnungswinkel gewählt wird als für die Zone mit der regelmäßig periodischen Rillenstruktur 10.

Die notwendige Wandimpedanz zur Erzeugung einer stabilen symmetrischen Hybridfeldverteilung läßt sich durch eine Abstimmung der Schlitzbreite der Rillen 6 und 7 im Übergang fein abgleichen. Dabei ergeben sich sehr niedrige Reflexionen über die gesamte Bandbreite.

Die notwendige E..-Anregung im Sendeband zur Stabilisierung guter Symmetrieeigenschaften über die gesamte Bandbreite wird durch einen Feinabgleich der Länge des Phasenlauf raums 3 erzielt. Der Querschnitt wird so gewählt, daß die Anregung nur bei den höheren Frequenzen wirksam ist.

Durch die spezielle Formgebung im Bereich zwischen dem glattwandigen Speisehohlleiter, dem sich konisch erweiternden, glattwandigen Hohlleiterabschnitt 2 und dem zylindrisch ausgebildeten, glattwandigen Hohlleiterabschnitt 3 ist eine gezielte Verbesserung der Diagrammsymmetrie im angesprochenen Sendeband möglich. Dies geschieht über die bewußte Anregung eines höheren WeI-lentyps (E₁₁-WeIIe) im Hohlleiterabschnitt 2 und eine günstige Einstellung seiner Phasenlage bezüglich des Grundwellentyps (H₁₁-WeIIe) durch den sich daran anschließenden, einen Phasenlaufraum bildenden Hohlleiterabschnitt 3 zur Ausbildung der HE₁₁-WeIIe im Rillenhornstrahler. In diesem Zusammenhang wird auf den Auf-

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satz von Clarricouts "Propagation and Radiation Behaviour of Corrugated Feeds" aus "Proceedings of the IEEE" Band 118, Nr. 9, September 1971, Part. 1 und 2, hingewiesen.

7 Patentansprüche 1 Figur

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

QRillenhornstrahler, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiter mit konstantem Querschnitt und einem Trichterstrahler mit einer regelmäßig periodischen Rillenstruktur mit einer Rillentiefe von weniger als einer viertel Wellenlänge, bezogen auf die niedrigste Betriebsfrequenz, eine Übergangszone eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszone, ausgehend vom genannten Speisehohlleiter (I),aus folgenden, sich aneinander anschließenden Abschnitten besteht:

a) ein sich gleichmäßig erweiternder, güsttwandiger Hohlleiterabschnitt (2),

b)ein mit konstantem Querschnitt ausgebildeter, glattwandiger Hohlleiterabschnitt (3)j

c) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, glattwandiger und hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt (4),

d) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt mit einer erstenAnpassungszone (5)> die aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Rillen (6, 7) besteht, die hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur (10) bemessen und in der Breite auch geeignet abgestimmt sind, die außerdem hinsichtlich ihrer Tiefe die Rillentiefe in der periodischen Rillenstruktur (10) übersteigen und die mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter (1) gerichteten Ausweitung (11) versehen sind, die, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz, etwa eine achtel Wellenlänge tief ist,

e) ein hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung gleich-

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ORIGINAL INSPECTED

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mäßig zunehmender Trichterabschnitt mit einer zweiten Anpassungszone (8), die aus mehreren aufeinanderfolgenden Rillen (9) besteht, deren Tiefe kontinuierlich bis zur regelmäßigen Rillenstruktur (10) abgestuft ist.
2. Rillenhornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Öffnungswinkel des Trichterabschnitts mit der zweiten Anpassungszone (8) größer als der Öffnungswinkel des Trichterstrahlers mit der regelmäßig periodischen Rillenstruktur (10) ist.
3. Rillenhornstrahler nach Anspruch 1 oder.2, dadurch gekennzeichnet, daß die RiI- len (6, 7) im Trichterabschnitt mit der ersten Anpassungszone (5) mit dielektrischem Werkstoff ausgefüllt sind.
4. Rillenhornstrahler nach einem der vorhergehenden ίθ Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Primärstrahler in einer Cassegrain-Antenne .
5. Rillenhornstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3> gekennzeichnet durch eine Verwendung als Primärstrahler in einer brennpunktgespeisten Antenne.
6. Rillenhornstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3» SO gekennzeichnet durch eine Verwendung als Hornantenne.
7. Rillenhornstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt rotationssymmetrisch ist.

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