DD222166A1

DD222166A1 - HORN ANTENNAS WITH CROP STRUCTURE

Info

Publication number: DD222166A1
Application number: DD25566783A
Authority: DD
Inventors: Manfred Kummer; Norbert Ephan
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1985-05-08

Abstract

Die Erfindung Hornantennen mit Rillenstruktur bezieht sich auf die konstruktive Gestaltung und die Herstellung von Hornantennen mit geringer Nebenstrahlung. Mit der Erfindung werden Ausfuehrungsformen und Herstellungsmoeglichkeiten fuer Rillenhornantennen angegeben, die bei gleichen charakteristischen Werten des Richtdiagramms gegenueber bisherigen Ausfuehrungen weniger Material enthalten, leichter sind und mit geringeren Kosten hergestellt werden koennen. Ausserdem werden einfachere Moeglichkeiten zum Schwenken des Richtdiagramms gezeigt. Die zu loesende Aufgabe besteht darin, die Rillenstruktur aus duennwandigem, gut leitfaehigem Material herzustellen. Merkmale der Erfindung sind die Gestaltung der Rillenstruktur derart, dass die Struktur durch spanloses Verformen eines Rohres oder Kegels aus duennem, gut leitfaehigem Blech herstellbar ist, wobei als fertigungstechnisch guenstige Strukturen Trapeze und annaehernde Sinusformen verwendet werden, oder dass sie aus vorgefertigten Strukturelementen in Gestalt geeignet geformter Bleche, Rohre oder Draehte zusammengesetzt wird. Die Elastizitaet mancher dieser Anordnung ermoeglicht dabei eine Richtungsaenderung der Horn-Apertur und damit ein Schwenken des Richtdiagramms bei feststehender Zuleitung. Derartige Antennen sind als Primaerstrahler von Reflektorantennen oder als selbstaendige Antennen in Anlagen zur Nachrichtenuebertragung, Funkortung oder Fernerkundung einzusetzen.The invention of horn antennas with groove structure refers to the structural design and the production of horn antennas with low secondary radiation. With the invention embodiments and production possibilities for grooved horn antennas are given, which contain less material compared to previous versions with the same characteristic values of the directional diagram, are lighter and can be manufactured at lower costs. In addition, simpler possibilities for panning the directional diagram are shown. The task to be solved is to produce the groove structure of thin-walled, good leitfaehigem material. Features of the invention are the design of the groove structure such that the structure can be produced by chipless deformation of a pipe or cone of thin, well leitfaehigem sheet, being used as manufacturing technically favorable structures trapezoids and annaehernde sinusoidal forms, or that they are suitable from prefabricated structural elements in shape molded sheets, tubes or wire is assembled. The elasticity of some of these arrangements makes it possible to change the direction of the horn aperture and thus to pivot the directional diagram when the supply line is stationary. Such antennas are to be used as primary emitters of reflector antennas or as autonomous antennas in systems for message transmission, radio location or remote sensing.

Description

Titel . . JL Title . , JL

Hornantennen mit Rillenstruktur Anwendunggebiet der Erfindung Horn antennas with groove structure Applications & ggebiet the invention

Die Erfindung betrifft die Konstruktion und Herstellung von Hornantennen mit Rillenstruktür. Derartige Antennen zeigen bei geeigneter Dimensionierung eine im Vergleich zu Hornantennen ohne Rillenstruktur geringe Nebenstrahlung· £>ie sind als Primärstrahler von Reflektorantennen oder als selbständige Antennen sum Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen in Anlagen zur Punkortung, zur Nachrichtenübertragung und zur Fernerkundung einzusetzen.The invention relates to the design and manufacture of horn antennas with grooved structure. Such antennas, with suitable dimensioning, have secondary radiation which is small in comparison to horn antennas without a groove structure. They are to be used as primary radiators of reflector antennas or as independent antennas for transmitting or receiving electromagnetic waves in installations for point location, message transmission and remote sensing.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristics of the named technical solutions

bekannt sind Ausführungen von Hornantennen mit mäanderfb'rmiger Rillenstruktur,, wobei nach Patent ΏΒ 2836869 ein rechtwinkliges'Abknicken der einzelnen Mäanderrillen oder nach Patent DB 2921596 ein Ausfüllen der Mäanderrillen mit einem verlustarmen Dielektrikum möglichst hoher Dielektrizi tätskonstante zu geringeren Rillentiefen führt. Bei diesen Ausführungen wird die Rillenstruktur durch Ausdrehen oder durch Ausfräsen eines oder mehrerer Metallkörper oder auf galvanoplastischem Wege hergestellt. Embodiments of horn antennas with a meandering groove structure are known, wherein according to patent ΏΒ 2836869 a right-angled bending of the individual meandering grooves or, according to patent DB 2921596, filling the meandering grooves with a low-loss dielectric as high as possible dielectric constant leads to smaller groove depths. In these embodiments, the groove structure is made by boring or by milling one or more metal body or by electroforming.

Diese Herstellungsverfahren erfordern einen relativ hohen Aufwand an Material, Bearbeitungszeit und Kosten. Die herstellungsbedingte Oberflächenrauhigkeit der RillenstruktürThese manufacturing processes require a relatively high amount of material, processing time and costs. The production-related surface roughness of the grooved structure

ist dabei oft Ursache für eine unerwünscht große Dämpfung der zu übertragenden elektromagnetischen Welle. Häufig werden derartige Antennen in Verbindung mit einer Einrichtung zum Schwenken des Richtdiagramms betrieben. Dabei wird die RiI-lenhornantenne als Primärstrahler eines zur Diagrammschwenkung* dienenden beweglichen Reflektors eingesetzt.This is often the cause of an undesirably high attenuation of the electromagnetic wave to be transmitted. Often, such antennas are operated in conjunction with means for panning the radiation pattern. The RiI-lenhornantenne is used as a primary radiator of a diagram for pivoting * serving movable reflector.

Ziel der Erfindung , Aim of the invention

ι .· ι . ·

Mit der folgenden Erfindung sollen Aucführungöformen von und H^rstellungsmöglichkeiten für Rillenhornantennen angegeben werden, die bei gleichen charakteristischen Werten des Richtdiagramms und bei ausreichender mechanischer Stabilität gegenüber bisherigen Ausführungen weniger Material enthalten, leichter sind, mit geringeren Kosten hergestellt werden können sowie auch nach der formgebenden Bearbeitung hohe Oberflächenleitfähigkeit, geringe Oberflächenrauhigkeit und damit geriige Verluste aufweisen. Ferner sollen Möglichkeiten zum Schwenken des Richtdiagramms bei feststehender Antennenzuleitung gezeigt werden, die einfacher als bisherige Einrichtungen zum Diagrammschwenken sind und auch ohne beweglichen Reflektor oder andere wellenoptische Zusatzeinrichtungen herstellbar sind.With the following invention Aucführungsöformen of and H ^ rstellungsmöglichkeiten for grooved horn antennas are given, which contain less material at the same characteristic values of the directional diagram and with sufficient mechanical stability over previous versions are lighter, can be produced at lower cost and also after the forming process have high surface conductivity, low surface roughness and thus considerable losses. Furthermore, possibilities for swiveling the directional diagram with fixed antenna feed are to be shown, which are simpler than previous devices for diagram pivoting and can also be produced without a movable reflector or other wave-optical additional devices.

Explanation of the understanding of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die ±JrTinduns gelöst wird, besteht darin, die erforderliche Rillonstinktur aus möglichst dünnwandigem Material mit glatter und gut leitfähiger Oberfläche in möglichst einfachen Arbeitsgängen herzustellen. Dabei sind im Interesse einer leichteren Herstellung geeignete Abweichungen von einer Mäanderstruktur zulässig, soweit die geforderten elektrischen Parameter eingehalten werden. Maßgebend bei der Gestaltung ist, daß am Rillengrund wegen der dort fließenden Kurzschlußströme eine möglichst hohe Leitfähigkeit erreicht wird, während die Verbindung zwischen • zwei benachbarten Rillen an den Rillenöffnungen in elektrischer Hinsicht unkritisch ist.The technical task, which is solved by the ± JrTinduns, is to produce the required Rillonstinktur from thin-walled material as possible with a smooth and highly conductive surface in the simplest possible operations. In this case, suitable deviations from a meander structure are permissible in the interest of easier production, as far as the required electrical parameters are maintained. Decisive in the design is that at the bottom of the groove because of the short-circuit currents flowing there as high a conductivity is achieved, while the connection between • two adjacent grooves on the groove openings in electrical terms is not critical.

Merkmal der Erfindung ist die konstruktive Gestaltung der Rillenstruktur in einer solchen Weise, daß für die technologische Realisierung weitgehend bis ausschließlich die Fertigungsverfahren des spanlosen Umformens, insbesondere des lletalldrückens oder -Ziehens verwendet werden. Dabei lassen sich keine exakten Mäanderstrukturen herstellen. Die Diraensionierung der modifizierten Rillenstruktur (Rillenforni, -tiefe, -breite, Stegbreite bzw. Rillenperiode) ist dabei gegenüber der bekannten Dimensionierung der Mäanderstrukhur mit Hilfe geeigneter theoretischer oder experimenteller jt Untersuchungen nur wenig zu ändern.Feature of the invention is the structural design of the groove structure in such a way that for the technological realization largely to exclusively the manufacturing processes of chipless forming, in particular the lllllall pressing or -Ziehens be used. In this case, no exact meander structures can be produced. The dimensioning of the modified groove structure (groove shape, depth, width, web width or groove period) is only slight to change with respect to the known dimensioning of the meander structure by means of suitable theoretical or experimental investigations.

Eine erfindungsgemäße Gestaltung besteht darin, einen Kegelmantel oder ein Rohr aus dünnem Blech mit gut leitfähiger, glatter Oberfläche so zu verformen, daß ein Konus oder ein Rohr mit gewellter Wandung entsteht. Dabei bleibt die Oberflächenrauhigkeit im wesentlichen unverändert. Strukturelle Veränderungen der Materialoberfläche beim BiegeVorgang, die zu einer Verringerung der Oberflächenleitfähigkeit führen, lassen sich durch anschließendes Tempern beseitigen. Die so entstehenden Strahler mit Rillenstruktur können infolge der Elastizität des verwendeten Bleches in gewissen Grenzen verformt werden, so daß insbesondere die für die Abstrahlung maßgebende Öffnungsfläche und damit das Richtdiagramm geschwenkt werden können. Andererseits ist der Strahler zu versteifen, indem die Außenseite der Rillenstruktur mit passenden starren Streben verbunden oder mit einem aushärtbaren Material (z. B. Epoxidharz) umhülltWird.A design according to the invention consists in deforming a conical jacket or a tube of thin sheet metal with a good conductive, smooth surface in such a way that a cone or a pipe with a corrugated wall is produced. The surface roughness remains essentially unchanged. Structural changes in the material surface during the bending process, which lead to a reduction in the surface conductivity, can be eliminated by subsequent tempering. The resulting radiator with groove structure can be deformed within certain limits due to the elasticity of the sheet used, so that in particular the decisive for the radiation opening area and thus the directional diagram can be pivoted. On the other hand, the radiator is to be stiffened by bonding the outside of the groove structure to matching rigid struts or enveloping it with a curable material (eg, epoxy).

Bei einer weiteren Art der Gestaltung werden Ringe oder Wendeln aus gut leitfähigem, glattem ,dünnwandigem Profilmaterial (Blechprofil, Rohr) oder Draht vorgefertigt und anschließend freitragend zusammengefügt, beispielsweise gelötet oder geklebt, oder an der Innenwand eines glatten Kegel- oder Pyramidenhoras aus ebenfalls dünnwandigem Material befestigt.In another type of design rings or coils of good conductive, smooth, thin-walled profile material (sheet metal profile, tube) or wire are prefabricated and then assembled cantilevered, for example, soldered or glued, or on the inner wall of a smooth cone or pyramid hor a likewise thin-walled material attached.

. Ausführurigsbeispiel , Ausführurigsbeispiel

Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen,näher erläutert werden, wobei der Übersichtlichkeit wegen in den Bildern nur Halbschnitte symmetrischer Strukturen oder Ausschnitte aus der Rillenstruktur mit Hervorhebung der Rillenabmessungen dargestellt werden. . FigV 1 zeigt den Halb3chnitt einer Rillenhornantenne aus dünnwandigem Blech mit trapezförmiger Rillenstruktur. In Fik. 2a und 2b sind die Halbschnitte von zwei Strahlern dargestellt, bei denen eine zylindrische, trapezförmige Rillenstruktur entweder nur an die große öffnung eines glatten Kegelhornes (Pig· 2a) anschließt oder auch noch zwischen Speisehohlleiter und kleine Öffnung eines glatten Kegelhoms eingefügt ist (Pig. 2b).The invention will be explained in more detail in some embodiments, the sake of clarity in the pictures only half sections of symmetrical structures or sections of the groove structure are shown with emphasis on the groove dimensions. , FIG. 1 shows the half section of a grooved horn antenna made of thin-walled metal sheet with a trapezoidal groove structure. In Fik. 2a and 2b show the half sections of two radiators, in which a cylindrical, trapezoidal groove structure either adjoins only the large opening of a smooth conical horn (Pig · 2a) or is inserted between the feed waveguide and the small opening of a smooth conical hoom (Pig. 2b) ).

Mit Pig. 3a bis 3d werden jeweils als Ausschnitt aus der Hornwand vier Varianten gezeigt, bei denen die elektromag·? netisch wirksame Rillenstruktur in Gestalt vorgefertigter Ringe" oder V/endeln aus Profilmaterial auf der Innenwand eines glatten Horns aufgebracht ist. Dabei wird ein trapezförmiges Profil nach Fig. 3a oder ein etwa sinusförmiges Profil nach Pig· 3b aus entsprechend verformten Blechstreifen hergestellt, wobei die einzelnen Ringe oder Windungen an den Stellen, geringster Längsströme miteinander verbunden sind· Pig.. 3c zeigt ein aus geschlitzten Rohren bestehendes Profil, bei dem die innere Oberfläche der Rohre aus gut leitfähigem, glattem Material besteht« Gewissermaßen als Gegenstück dazu wird in Pig. 3d ein aus ungeschlitzten Rohren bestehendes Profil gezeigt, bei dem die Zwischenräume zwischen den Rohren die elektromagnetisch wirksamen Rillen darstellen. Dabei müssen die äußere Oberfläche der Rohre, die Innenwand des glatten Horns und die Verbindung zwischen beiden möglichst große Leitfähigkeit und geringe Rauhigkeit besitzen. In allen genannten Fällen lassen sich zusätzlich nach Patent DB 2921596 die Rillenabmessungen durch Ausfüllen der Rillen mit einem festen Dielektrikum verringern.With pig. 3a to 3d are each shown as a section of the horn wall four variants in which the electromag ·? In this case, a trapezoidal profile according to Fig. 3a or an approximately sinusoidal profile after Pig · 3b made of correspondingly deformed metal strip, wherein the individual 3c shows a slotted tube profile in which the inner surface of the tubes is made of a highly conductive, smooth material. "As a counterpart, in Pig. 3d, one enters In this case, the outer surface of the tubes, the inner wall of the smooth horn and the connection between the two must have as high conductivity and low roughness as possible, in all cases mentioned let si In addition, according to Patent DB 2921596, reduce the groove dimensions by filling the grooves with a solid dielectric.

Claims

Inventory pruch

1. Horn antenna with groove structure dimensioned in known or obvious manner, characterized by the fact that the antenna with * the electrically effective groove structure of thin, good conductive sheet metal with a smooth surface or by subsequent application of good conductive structural elements with smoother Surface on \ the inner wall of a smooth home is made. J ^

2 · horn antenna according to item 1, characterized gekennzeichne t ^ && Ά which consists of thin sheet metal groove structure, a trapezoidal or sinusoidal or located between trapezoidal and sinusoidal profile has.

3. Horn antenna according to item 1, characterized eich net characterized, .daß that the subsequently applied to the inner wall of a smooth home structural elements from Wendölförmig or annularly arranged, the groove structure forming good conductive wires, rods, tubes or profile sheets exist.

4 Horn antenna according to item 1 with a conical part "whose inner surface is made of smooth, highly conductive material, characterized in that the side of the cone-shaped part, which has the larger of the two diameters, is connected to a circular cylindrical piece of pipe, the wall of which mentioned groove structure and whose inner diameter is equal to the larger diameter of the cone-shaped part of the antenna.

5. Horn antenna according to item 4, characterized by; that between the smooth, circular cylindrical Speisehohlleiter and the connection side of the cone-shaped part besi / fczt the smaller of the two diameter, a circular cylindrical pipe section is inserted, wall contains the mentioned groove structure and the internal diameter, diameter equal to the diameter of the Speisehohlleiters.

6. Horn antenna according to item 1, characterized in that the outside of the thin sheet metal "existing and in particular the groove structure parts of the antenna with a sheath of a thermoset material or'mit longitudinally applied and connected to the raised parts ^ the outside rigid rods is provided.

7. Hprnantenun Punlct 1, 4 or 5, characterized in that on at least three, zvie clonally uniformly distributed over the circumference points on the circumference of the connecting flange on the one hand and the Offnungsfläche on the other hand between the connecting flange and the opening surface mechanical or electromechanical components whose length is variable is, are inserted.

To this 1 s * ite Zeicbnunoen