DE1014606B

DE1014606B - Parabolspiegel mit davor angebrachtem Hornstrahler

Info

Publication number: DE1014606B
Application number: DEI10679A
Authority: DE
Inventors: Leonard Lewin; Albert E Pethick; John B Setchfield
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1951-01-12
Filing date: 1952-01-10
Publication date: 1957-08-29
Also published as: BE508374A; NL166566B; DE1034721B; GB684887A; CH316039A; NL89640C; FR65458E

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Parabolspiegel mit davor angebrachtem Hornstrahler, der über eine Ecke eines H-Wellen-Rechteckleiters mit einem solchen Leiter verbunden ist und Mittel zur Kompensation der durch den Hornstrahler bedingten Unstetigkeiten besitzt.

Es ist bekannt, daß Unstetigkeiten reflektierte Wellen erzeugen, die in den mit den Wellenleitern verbundenen Apparaten Störungen hervorrufen können. Besonders bei UKW-Funksystemen, welche Frequenzmodulation verwenden und bei welchen ein Wellenleiter für die Verbindung zwischen Antenne und Sender oder Empfänger verwendet wird, verursachen reflektierte Wellen häufig wilde FM-Schwingungen. Der Wellenleiter muß daher sehr gut angepaßt sein.

Es ist durchaus bekannt, für die Kompensation oder Herausstimmung der Wirkungen von Unstetigkeiten an geeigneten Punkten im Wellenleiter Membranen, Fenster, Abstimmstumpfe und ähnliches vorzusehen. Bisher trat dieses Problem praktisch nur bei einer Frequenz auf, da die Signalbandbreite gegenüber der für die Trägerwelle verwendeten hohen Frequenz klein ist, und daher war eine Kompensation für eine einzige Frequenz ausreichend.

Da eine Unstetigkeit im allgemeinen dieselbe Wirkung hervorruft wie eine in einem Punkt des Wellenleiters eingeschaltete Reaktanz, war es bisher in der Praxis üblich, die Reaktanz mit einer Reaktanz entgegengesetzten Vorzeichens zu neutralisieren, indem ein Abstimmstumpf eine Membran oder eine entsprechende Anordnung im Wellenleiter vorgesehen wurde. Eine solche Anordnung ist einer Herausstimmung der Unstetigkeit äquivalent. Die Kompensation ist jedoch nur für eine diskrete Frequenz (oder für geringe Abweichungen davon) wirksam.

Es besteht jedoch häufig die Aufgabe, Übertragungssysteme mit ultrahohen Frequenzen sehr breitbandig auszuführen. Ein Grund dafür besteht darin, daß einem ultrahohen Frequenzkanal irgendeine Frequenz über ein relativ breites Band zugeteilt sein kann, wobei die Frequenz später verändert wird. Ein anderer Grund besteht darin, daß mehrere ultrahohe Frequenzkanäle erforderlich sind.

Es ergibt sich somit die Notwendigkeit, die Anlage über ein relativ breites Band ohne Änderungen arbeiten zu lassen.

Kompensationsmethoden, welche eine einfache Herausstimmung verwenden, sind in vielen Fällen unbrauchbar, und andere Kompensationsmethoden, die über ein relativ breites Frequenzband arbeiten, werden notwendig.

Die Erfindung bezieht sich auf Breitbandkompensationsmittel, welche hauptsächlich nicht zu große Unstetigkeiten betreffen und diese kompensieren und die auch zur Feineinstellung verwendet werden können, zur Beseitigung kleinerer Unstimmigkeiten, nachdem die größeren Unstetigkeiten kompensiert worden sind.

Parabolspiegel mit davor angebrachtem Hornstrahler

Anmelder:
International

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Januar 1951

Leonard Lewin, Albert E. Pethick

und John B. Setchfield, London,

sind als Erfinder genannt worden

Die Erfindung basiert auf folgenden Betrachtungen.

Eine kleine Unstetigkeit in einem Wellenleitersystem

ruft gewöhnlich die Wirkung einer Hinzufügung eines kleinen reaktiven Elementes an irgendeinem Punkt im Wellenleiter hervor, und dieses Element kann eine Serien- oder Parallelspule oder ein Serien- oder Parallelkondensator sein oder kann auch aus einer Kombination einer Spule mit einem Kondensator bestehen. Die Wirkung der Einschaltung einer kleinen Spule in Serie mit dem Wellenleiter entspricht praktisch der Einfügung einer kleinen negativen Kapazität geeigneten Wertes parallel zum Wellenleiter, und in gleicher Weise ist die Wirkung der Einschaltung einer kleinen Kapazität in Serie zu dem Wellenleiter praktisch äquivalent der Einfügung einer kleinen negativen Induktanz geeigneten Wertes parallel zum Wellenleiter, und umgekehrt.

Für jede Unstetigkeit kann ein Punkt gefunden werden, an dem ein negatives Reaktanzelement wirksam ist, und

⁴S die Unstetigkeit kann praktisch beseitigt werden, indem an dem genannten Punkt ein gleiches positives Reaktanzelement eingeschaltet wird, welches das negative Element neutralisiert, und die Kompensation ist praktisch unabhängig von der Frequenz. Wenn andererseits eine Unstetigkeit auftritt oder aus irgendeinem besonderen Grund eingefügt werden muß, welche gleich der Wirkung einer Induktivität oder Kapazität ist, die in Serie oder parallel an irgendeinem Punkt zum Wellenleiter liegt, kann die Unstetigkeit über ein breites Frequenzband kompensiert

709 659/306

^{3 4} 1

werden, indem durch geeignete Mittel die Wirkung eines durch die vom Spiegel in das Horn 35 zurückreflektierte ■ neutralisierenden negativen Elementes an dem genannten Strahlung bedingt ist. Andere Anpassungseinzelheiten Punkt hervorgerufen wird. sind in Fig. 1 gezeigt, werden in den Einzelheiten später ,J

Durch Messung der Wenigkeit durch bekannte Ver- beschrieben. Das untere Ende 39 des Wellenleiters 31 fahren über das betreffende Frequenzband kann der 5 ist mit dem Sender oder Empfänger (nicht gezeigt) -Punkt im Wellenleiter gefunden werden, an dem ein verbunden. ""

negatives Element entsprechend einer Unstetigkeit auf- Wie schon erläutert, kann eine Ecke eines H-Wellen- ;;,;;

tritt, und auch die Größe des Elementes. Rechteckleiters als Äquivalent von Shunt-Elementea ..*■■

■ Zum Verständnis der folgenden Erläuterungen ist eine aufgefaßt werden, die einen Parallelresonanzkreis ήΐίαεη.
klare Unterscheidung zu machen zwischen einer negativen io Die Unstetigkeit, welche übrigbleibt, nachdem alle ',die j Reaktanz oder Blindleitwert und einem negativen einzelnen oben angegebenen Unstetigkeiten bei der,, i Reaktanz- oder Leitwertelement. Wie bekannt ist, kann Mittenfrequenz kompensiert worden sind, ist angenähert J eine, negative Reaktanz durch ein positives kapazitives äquivalent einem Parallelresonanzkreis aus positiven f Element, nämlich einen Kondensator gebildet werden. Elementen an irgendeinem Punkt in dem Wellenleiter, J Eine negative Reaktanz kann auch durch eine negative 15 und die Länge des Wellenleiters 35 wird deshalb so S Induktanz erzeugt werden, welche jedoch nicht durch gewählt, daß der Punkt, wo diese positiven Elemente 1 ein tatsächliches Element darstellbar ist, obgleich, wie wirksam sind, die Ecke eines H-Wellen-Rechteckleiters
bereits oben erläutert wurde, die Wirkung einer kleinen ist. Die letztere ist dann so aufgebaut, daß sie gerade den J negativen Induktanz durch ein geeignet angeordnetes richtigen Betrag der negativen Shunt-Induktanz und der >;; reales Element erzeugt werden kann. In gleicher Weise 20 negativen Kapazität einführt, um die positiven Elemente ,;■ kann ein negativer Blindleitwert entweder durch einen zu neutralisieren. Es wurde gefunden, daß die Welligkeit ■ wirklichen Kondensator oder durch einen nicht realisier- über das in Frage stehende Frequenzband verbessert: t baren negativen Kondensator erzeugt werden. wird. _!;

Die Erfindung betrifft nun einen Parabolspiegel mit Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Einzelheiten vom ;,'

davor angebrachtem Hornstrahler, der über eine Ecke 25 Horn 35 und seine Verbindung über die Ecte _| ^iaes $ eines H-Wellen-Rechteckleiters mit einem solchen Leiter H-Wellen-Rechteckleiters mit dem Wellenleiter 31. Fig. 3 ';; verbunden ist und Mittel zur Kompensation der durch den zeigt eine Ansicht in das offene Ende des Hornes 35. Die ;ί Hornstrahler bedingten Unstetigkeiten besitzt. Die Ecke des H-Wellen-Rechteckleiters wird durch den ;,, Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Block 35 vervollständigt, welcher den ganzen Querschnitt ":" Winkel der Ecke symmetrisch bezüglich der zwei Schenkel 30 des Wellenleiters ausfüllt, und dieser besteht aus einer ΐ dieser Ecke weggeschnitten ist, daß die Länge des mit unter 45° geneigten Fläche 40. Diese Fläche 40 ist durch J; dem Horn verbundenen Schenkels der Ecke und der das offene Ende des Hornes sichtbar, wie in Fig. 3 * Grad der Abschneidung derart gewählt sind, daß ein aus gezeigt ist. ,1

negativen Elementen bestehender, parallel zur Ecke Die kleinere Dimension b vom Wellenleiter 35, ;^;.yer- :■ A

liegender Resonanzkreis durch einen aus positiven 35 größert sich von der Ebene 41 (Fig. 2) um ungefähr _;i Elementen bestehenden Resonanzkreis kompensiert ist. 50°/₀ nach der Mündung des Hornes zu durch eine ■ In Verfolg des Erfindungsgedankens ist die Hornmündung geradlinige Verjüngung. Die größere Dimension α jedoch % durch eine dünne Scheibe aus Isoliermaterial verschlossen bleibt konstant, wie in Fig. 2 gezeigt ist. s-

und sind dicke, als Induktivität wirkende Stege in der Die Mündung des Horns endet in einem Flansch 42, ;_;

Hornmündung vorgesehen, die die an der Hornmündung 4° über welchen eine Glimmerplatte 43 durch eine Ver- ;: wirksame als Shunt wirkende kapazitive Komponente schlußplatte 44 befestigt ist. Die Enden, aber nicht die
herausstimmen und die Mündungsimpedanz der Hornes Seiten der Öffnung in der Verschlußplatte sind Age- I; an den freien Raum bei der Mittenfrequenz des Bandes schrägt, wie bei 45 und 46 angegeben ist. Die Glimmer- Ϊ anpassen. platte dient als wasserdichter Verschluß des Wellenleiters ■■;;'

Fig. 1 zeigt schematisch ein Wellenleiterantennen- 45 gegen Witterungseinflüsse. ί;

system, und In der Ebene 41 sind zwei Stege angeordnet, welche !;,

Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten von Teilen von Fig. 1; aus zwei Metallstreifen 47und48 bestehen. Diese Streifen -j Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 3, und ragen gleich weit von entgegengesetzten Seiten in den ...r. Fig. 3 ist eine Ansicht gegen die Hornendung des Wellenleiter vor, und ihre Länge ist so, daß sie sich i* Wellenleiters. 50 vollständig über die kleinere Seite b des Wellenleiters ';,'■

Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Anordnung für erstrecken. Diese Stege dienen zur Neutralisation der '« die Speisung einer Parabolspiegelantenne eines Senders Unstetigkeitsstelle am Beginn der Verjüngung. y

mit ultrahoher Frequenz. In einiger Entfernung vor den Elementen 47 und 48 1

Über der Öffnung eines Paraböls 32 ist eine Länge befindet sich ein Fenster 49, d. h. eine Platte, welche den £ eines rechteckigen Wellenleiters 31 mittels Klammern 33 55 Querschnitt des Wellenleiters ausfüllt und eine geeignete ■;; und Abstandstücken 34 befestigt. Die größere Dirnen- dimensionierte rechteckige Öffnung aufweist. Aus zejchr » sion α des Wellenleiters hegt in der Papieiebene. In der nerischen Gründen ist das Fenster 49 in Fig. 3 schraffiert I Mitte des Wellenleiters ist eine kurze Länge 35 eines gezeichnet. Durch das Fenster sind Teile der Streifen 47 ■■> Wellenleiters vorgesehen, der hinsichtlich der schmäleren und 48 sichtbar. §

Dimension b verjüngt ist, um eine Hornmündung zu 60 An der Mündung des Hornes sind zwei dicke Stege, · bilden, die nach dem Spiegel gerichtet ist und in der bestehend aus zwei Metallblöcken 50 und 51, angebracht, ·■ Brennpunktebene desselben angeordnet ist. Die Ver- die in ähnlicher Weise wie die Streifen 47 und 48 angeord- | jüngung ist natürlich in Fig. 1 nicht sichtbar. Mittels net sind. Die Stege und Fenster sind natürlich nicht in ; eines Blockes 36, der in den Wellenleiter 31 eingefügt ist, ihren relativen Dimensionen gezeichnet, sondern so, daß ■; ist eine Ecke eines H-Wellen-Rechteckleiters gebildet. 65 die Konstruktion leicht verständlich wird. ί

Der Block 36 sperrt den oberen Teil 37 des Wellen- Der Flansch 42, der einmal als Tragmittel für das ΐ

leiters 31, der dadurch praktisch wegfällt und nur aus Glimmerblatt 43 dient, dient auch zur Unterdrückung | mechanischen Gründen vorgesehen ist. der rückwärtigen Strahlung von der Mündung des Horns, ."*:

Der Spiegel 32 weist eine Scheitelanpassungsplatte 38 wie bekannt ist. Die Hornmündung muß eine Anzahl von
auf für die Kompensation der Fehlanpassung, welche 70 sich einander entgegenstehenden Erfordernissen erfüllen,

Claims

5 6

und die Kompromißlösung ergibt eine zu große Impedanz erforderlich sind. Das betreffende Wellenband erstreckt

für die genaue Anpassung an den freien Raum und eine sich von ungefähr 7 bis 8,4 m.

merkliche kapazitive Komponente, welche durch das mm

Vorhandensein des Glimmerblattes 43 vergrößert wird. Innere Dimension des Wellenleiters.... 50-16,5

Die kapazitive Komponente wird bei der Mittenfrequenz 5 Innere Dimension der Hornmündung .. 50-25

durch eine induktive Membran, bestehend aus den Dimension der Platte 44 50 —17,2 · 37,5

Blöcken 50 und 51, herausgestimmt. Diese Blöcke sind Querschnitt der Blöcke 50 und 51

dick und bilden eine kurze Übertragungsleitung von parallel zur Wellenleiterachse 8,125

solcher Länge, daß die Mündungsimpedanz bei der senkrecht zur Wellenleiterachse .... 3,75

Mittenfrequenz an den Wellenleiter angepaßt ist. Es io Entfernung vom Fenster 49

wurde gefunden, daß durch geeignete Wahl des Quer- vom Flansch 42 26

Schnitts der Metallblöcke 50 und 51 die kapazitive Dimensionen der Öffnung im Fenster 49 45,5 · 12,75

Komponente Taerausgestimmt werden konnte und gleich- Entfernung der Ebene 41

zeitig die Impedanz bei der Mittenfrequenz angepaßt vom Flansch 42 43,75

wird. *5 Breite der Streifen 47 und 48 34

Nachdem diese Kompensation gemacht worden ist, Entfernung zwischen Flansch 42

erscheint die Mündungsimpedanz gleich dem Wellen- und Ebene 53 71,5

widerstand des Wellenleiters geshunted durch einen Senkrechte Entfernung zwischen dem

Parallelresonanzkreis, der auf die Mittenfrequenz abge- Winkel 52 und der Fläche 40 46,5

stimmt ist. Eine weitere Verringerung der Wirkung dieses 20 Die Schraube kann weggelassen werden, wenn in

Parallelresonanzkreises wird durch das abgestimmte diesem besonderen Fall keine kapazitive Einstellung

Fenster 49 erhalten, welches ungefähr eine Viertel- erforderlich ist.

wellenlänge der Mittenfrequenz von der Hornmündung

entfernt ist. Die Dimensionen dieses Fensters wurden Patentanspruch:

empirisch bestimmt. Die Kompensation ist natürlich 25

über das ganze Frequenzband unvollständig, und es 1. Parabolspiegel mit davor angebrachtem Horn-

besteht noch eine restliche Fehlanpassung, welche, strahler, der über eine Ecke eines H-Wellen-Rechteck-

bezogen auf die Ecke, die Wirkung eines Parallelresonanz- leiters mit einem solchen Leiter verbunden ist und

kreises hat, der parallel zum Wellenleiter verbunden ist, Mittel zur Kompensation der durch den Hornstrahler

ausgenommen in unmittelbarer Nachbarschaft der Mitten- 3° bedingten Unstetigkeiten besitzt, dadurch gekenn-

frequenz. zeichnet, daß der äußere Winkel der Ecke symmetrisch

Die aus den Metallstreifen 47 und 48 bestehenden bezüglich der zwei Schenkel dieser Ecke weggeschnit-

Stege liegen an der Verbindungsstelle zwischen dem ten ist, daß die Länge des mit dem Horn verbundenen

geradlinigen und verjüngten Teil des Wellenleiters, um Schenkels der Ecke und der Grad der Abschneidung

die Unstetigkeit an diesem Punkt über ein breites 35 derart gewählt sind, daß ein aus negativen Elementen

Frequenzband zu kompensieren. Diese Kompensation ist bestehender, parallel zur Ecke liegender Resonanz-

im wesentlichen unabhängig von irgendwelchen Fehl- kreis durch einen aus positiven Elementen bestehen-

anpassungseffekten an der Hornmündung, welche in der den Resonanzkreis kompensiert ist.

gerade beschriebenen Weise kompensiert werden.
2. Parabolspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

Es ist schon ausgeführt worden, daß eine Ecke eines 40 zeichnet, daß die Hornmündung durch eine dünne

H-Wellen-Rechteckleiters die Wirkung eines aus negativen Scheibe aus Isoliermaterial verschlossen ist und daß

Elementen bestehenden Parallelresonanzkreises ein- dicke, als Induktivität wirkende Stege in der Horn-

schließt. Gemäß der Erfindung können diese Elemente mündung vorgesehen sind, die die an der Horn-

über ein relativ breites Band neutralisiert werden mittels mündung wirksame als Shunt wirkende kapazitive

des übrigen Parallelresonanzkreises aus positiven Elemen- 45 Komponente herausstimmen und die Mündungs-

ten, die übrigbleiben, nachdem die Hornmündung bei der impedanz des Hornes an den freien Raum bei der

Mittenfrequenz angepaßt worden ist. Es ist notwendig, Mittenfrequenz des Bandes anpassen,

die Entfernung zwischen dem Winkel der Ecke des
3. Parabolspiegelnach Anspruch 2, dadurch gekenn-

H-Wellen-Rechteckleiters und der Hornmündung in zeichnet, daß ein abgestimmtes Fenster in das Horn

solcher Weise zu wählen, daß die positiven Elemente 50 eingefügt ist, und zwar etwa eine Viertelwellenlänge

wirksam an diesem Mittelpunkt auftreten, und ebenfalls der Mittenfrequenz von der Mündung des Hornes

die Entfernung zwischen der geneigten Fläche 40 des entfernt.

Blockes 36 (Fig. 2) und dem inneren Winkel 52 der
4. Parabolspiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Ecke geeignet gewählt und die Schraube 54 entsprechend dadurch gekennzeichnet, daß als Induktivität wireingestellt wird. 55 kende Stege an der Stelle des Wellenleiters eingefügt

Durch diese Mittel wurde bei den angegebenen sind, an der das Horn mit dem geradlinigen Teil des

Dimensionen- und Wellenlängen ein Welligkeitsverhältnis Wellenleiters verbunden ist, um die Ünstetigkeit

über das ganze Band von besser als 0,96 erhalten, wenn infolge der Verjüngung des Wellenleiters zu neu-

am offenen Ende 39 (Fig. 1) gemessen wurde. tralisieren.

Die geeigneten Dimensionen für den obigen besonderen 60
5. Parabolspiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

Fall sind unten als Beispiel angegeben. Es ist verständlich, dadurch gekennzeichnet, daß die Hornmündung in

daß in anderen Fällen unterschiedliche Dimensionen der Brennpunktebene des Parabolspiegels liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 659/306 8. 57