DE8507587U1 - Doppelbandrillenhorn mit dielektrischem Abgleich - Google Patents
Doppelbandrillenhorn mit dielektrischem AbgleichInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/02—Waveguide horns
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Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen _ __
Berlin und München VPA &bgr;5 &Rgr; 11^9 DE
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen
Querschnitts anschließenden Übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand
mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder.
Im Mikrowellenbereich finden derartige Rillenhörner wegen ihrer günstigen Eigenschaften häufig Anwendung. Sie weisen
bei geeigneter Oimensionierung in einem breiten Frequenzband
eine gute Anpassung sowie Richtcharakteristiken mit hoher Axialsymmetrie und geringer Kreuzpolarisation auf.
Zur Erreichung dieser Eigenschaften müssen die Rillenabmessungen genau dimensioniert sein.
Bei der Oimensionierung von Doppelbaldrichtfunkantennen
werden als Erreger für das Spiegelsystem vorwiegend kurze Rillenhornstrahler verwendet, da Hörner mit großen
Öffnungswinkeln, d.h. > 30°, gute Diagrammeigenschaften über einen weiten Frequenzbereich bei kurzer Baulänge
ermöglichen. Dabei ist es bei Serienantennen wichtig, daß keine mechanisch zu komplizierten Strukturen der
Rillen und der Übergangszone vom Speisehohlleiter zum Rillenteil des Horns benötigt werden, da sonst das Horn
in aufwendiger Weise aus mehreren Paßteilen zusammengesetzt werden muß. Insbesondere die Optimierung des Reflexionsfaktors
in zwei um den Faktor 1.7 auseinanderliegenden Frequenzbändern auf Werte unter 3% ist beim Entwurf der
Hörner nach bekannten Dimensionierungsregeln durch einfaches
Variieran der Rillen und der Übergangsform im Metallkörper des Horns nicht gewährleistet. Bei trockenluftgeschützten
Antennenzuleitungen ist zudem die Druck-
14. März 1985 / KIu 1 Kdg
- 2 - VPA 85 P 1 M 9 DE
abdichtung am Horn ,üblicherweise eine dielektrische
Platte, in den Reflexionsabgleich miteinzubeziehen, deren
Kompensation bei hohen Bandbreiten schwierig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß eine
Optimierung der Reflexion in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern in einfacher Weise erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in d^r Weise gelöst,
daß der Übergangsteil sich nach einer BQ-e >x -Kurve ( BQ =
Speisehohlleiterdurchmesser, x= Längsausdehnung des Horns,
K= Koeffizient mit dem Wert <£1, n= Koeffizient mit einem
Wert 2<n <8),in der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel
bei der ersten Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der
dem Horn zugekehrte Endbereich des Übergangsteils auf
einer Länge von SQ/8 bis SQ/3 (SQ=Länge des Übergangsteils)
mit einem Dielektrikum niedriger Dielektrizitätskonstante (£ri <1»3) 9anz oder teilweise ausgefüllt ist, in der
Weise, daß eine Teillänge des Dielektrikums niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine
dünne Scheibe eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (Er2—2,5 bis 4,7) zur Erfüllung der Funktion einer
reflexionsoptimierten Druckabdichtung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 den Hornstrahler mit Übe-rgangstei 1 und Horn in
einer geschnittenen Teildarstellung und
Fig. 2 den mit Dielektrikas gefüllten Endbereich des öbergangsteils.
- 3 - VPA 35 &rgr;' &pgr; 49DE
Der in Fig. 1 dargestellte Hornstrahler besteht aus einem
Übergangsteil 1 der Länge SQ und einem Horn 2 (Ri1 lentei 1).
Der Durchmesser des Übergangsteils 1 im Anschlußbereich des Speisehohlleiters in der Fig. 1 an der Stelle x=o ist
so dimensioniert, daß die Abhängigkeit des Feldwellenwiderstandes der Grundwelle H11 im unteren Band vom Hohlleiterdurchmesser
aus dem sehr steilen Bereich nahe der Grenzfrequenz herauskommt, die E11-WeIIe im oberen Bereich jedoch
möglichst noch nicht ausbreitungsfähig ist. Das übergangsteil
1 erweitert sich bei x=o, ausgehend vom Durchmesser des Speisehohlleiters bis zu einem Durchmesser, bei dem
die Bedingung fu/ >1.3 erfüllt ist (fu=unterste Betriebsfrequenz, f =Grenzfrequenz der H11-WeIIe) nach einer
BQ.e -Kurve in der Weise, daß der öffnungswinkel bei der
ersten Rille 0,5 - 0.2 mal dem stetigen öffnungswinkel des
folgenden Horns entspricht. Hierbei ist BQ der Speisehohlleiterdurchmesser,
&khgr; die Längenausdehnung des Horns, K ein Koeffizient mit dem Wert^.1 und &eegr; ein Koeffizient mit einem
Wert 2<&eegr; <8,beispielsweise 5. Statt einer stetigen Durchmesser-
^O erweiterung werden zweckmäßigerweise im Übergangsteil
Zylinderrohrbereiche mit konstanten Durchmessersprüngen verwendet. Dadurch wird die Lage des dielektrischen Körpers
stabilisiert und die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Der übergangsteil 1 weist dabei einen flachen Anlauf auf,
bei (jem die stufung erst nach etwa 2/3 seiner Länge beginnt.
Das folgende Horn 2 ist entsprechend den bekannten Formeln und Rechenprogrammen zur Strahlungsoptimierung aufgebaut.
Bei entsprechender Dimensionierung hat ein solches Horn typischerweise Reflexionsfaktoren von rO0% im unteren
Band und r< 5% im oberen Band.
Die am Hornknick und bei den ersten Rillen erzeugte Störung der Grundwelle H11 im unteren Band wird in einem
axial ausgedehnten Bereich im BQ.e -übergang mit einem
sehr schwachen Hartscha'jmdielektrikum 3 (£r1 <C 1,3) am
nächstmöglichen Ort im Übergang kompensiert. Das Dielektrikum
3 füllt dabei etwa das letzte Viertel des Übergangs-
ilia .
- 4 - VPA 85 P 1 H 9 DE
teils 1 in Richtung des Horns 2 ganz oder teilweist aus.
Wegen des großen Abstands der Frequenzbänder und damit
des Hohlleiterwellenlängenverhältnisses "A^gJ unten /
^H F 1 oben *st es "1^gIiCh, die hervorgerufene Störung
im oberen Band durch den axialen Abstand der Grenzflächen des schwachen Dielektrikums selbst kompensierend auszulegen.
Dies ist erfüllt, wenn die mittlere öiektrisch wirksame Länge des Dielektrikums 3 im gestuften Übergangsteil
der Bedingung 'ÄnC. /2 für den oberen Betriebsffequenzbereich
entspricht. Die mechanische Länge S des durchgehenden schwachen Dielektrikums 3, d.h. des
Dielektrikums mit niedriger Dielektrizitätskonstante, beträgt dabei je nach Lage der Frequenzbänder, der Übergangsdurchmesser
und der Dielektrizitätskonstante £r1 etwa Sq/8 bis SQ/3, wenn Sq die Länge des Übergangs
1 ist.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Teillänge des Dielektrikums 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante
S r1 durch eine dünne Scheibe 4 (Folie) mit
höherer Dielektrizitätskonstante £"r2 (£r2~2,5 bis 4,7)
ersetzt. Dabei ist, wie Fig. 2 zeigt, das Dielektrikum 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante £r1 im EndberMch
abgetragen, d.h. um die Länge S-S^ verkürzt, wobei S^ die
verbleibende Länge des Dielektrikums 3 ist. Auf den reduzierten Endbereich des Dielektrikums 3 ist die dünne
Scheibe 4 des Materials hoher Dielektrizitätskonstante £ r2 (Dicke S0-S^j) aufgebracht, die wesentlich dünner
ist als die abgetragene Materialschicht. Durch diese Maßnähme wird die Kompensation im unteren Band kaum verändert,
wenn die ersetzte Länge mit der Dielektrizitätskonstanten £r1 elektrisch dem Einfluß der dünnen Schicht
mit der Dielektrizitätskonstanten £r2 entspricht, da
die Phasen-Amplitudenänderung bei der großen Wellenlänge gering bleibt. Im oberen Band wirkt sich diese Änderung
stärker aus, so daß verschiedene Dielektrizitätskombinationen, die im unteren Band nahezu gleich wirken, zum
• C
«IC &igr;
• ' I ' III
- 5 - VPA. 85 P 11 49DE
Restsbgleich im oberen Band ausgelegt werden können. Die
dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten 6p2 (z.B.
bei einem Horn für 2,1 bis 2,3 Gigahertz und 3,4 bis 3,6 Gigahertz eine 0,1 mm dicke Glasfaserepoxidfolie mit
£r2=4,7) wirkt nun zugleich als reflexionsoptimierte
Druckabdichtung. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten £ * kann auch an beiden Enden der Schicht mit
der Dielektrizitätskonstanten £ r1 angelegt sein.
Der dielektrische Körper 3,4 wird in den Stufenübergang eingeklebt. Die Änderung des Strahlungsdiagramms gegenüber
dem nicht abgeglichenen Horn ist gering und kann in der Regel vernachlässigt werden. Dies ist ein großer Vorteil
bei der Dimensionierung des Rillenhorns, da z.B. Änderungen der ersten Rillen zur Verbesserung der Anpassung besonders
im oberen Band starke Auswirkungen auf das Strahlendiagramm haben. Wird bei der Dinvensionierung des Horns eine
axiale Rillenstruktur gewählt, so ermöglicht die Art der Kompensation Ri1lenhörner ohne Hinterschneidungen*und
komplizierte Kurven zu bauen, so daß die Produktion in einem Stück als Drehteil möglich ist.
bildeten Übergangsteil dient somit in vorteilhafter Weise |
zum Feinabgleich des Reflexionsfaktors in zwei auseinander- \
liegenden Frequenzbändern in Rillenhörnern, die nach \
Gesichtspunkten der Strahlungsdiagrammoptimierung entworfen \
werden. Zugleich wird damit auch das Problem der Reflexion
der Druckabdichtung in zwei Bändern gelöst. \
\
4 sprüche *)hinterdrehter \
2 Figuren Rillen \
Claims (4)
- • ti j. 6 - VPA 85 P &iacgr; 1 4 9 DEjisprüche(\ 1. Hornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen Querschnitts anschließenden Übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder,
. dadurch gekennzeichnet, „ dab der öbergangsteil (1) sich nach einer BQ.e -Kurve in der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel bei der ersten Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der dem Horn (2) zugekehrte Endbereich des Übergangsteils (1) auf einer Länge von Sq/8 bis Sq/3 (SQ=Länge des Übergangsteils) mit einemDielektrikum (3) niedriger Dielektrizitätskonstante(<£ri ^ 1>3) ganz oder teilweise ausgefüllt ist, in der Weise, daß die .nittlere elektrisch wirksame Länge des Dielektrikums (3) im gestuften Übergangsteil der Bedingung ^.H , j /2 oben für den oberen Betriebsfrequenzbereich genügt. - 2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillänge des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe (4) eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (£^^2,5 bis 4,7). zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung. - 3. Anordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Scheibe (4) höherer Dielektrizitätskonstante an einer oder beiden Seiten des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.* 11 ·· ■·■·■- 7 - VPA 85 &rgr; 11 4 9DE
- 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Übergangsteils nach dem VerlaufKx n
B 0-e in Stufen mit konstanten kleinen Durchmessersprüngen aufgeteilt ist.ttl Il 11)1 ItII ·· tillIII· t ( « ·
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