DE1018482B

DE1018482B - Waveguide antenna

Info

Publication number: DE1018482B
Application number: DEM30544A
Authority: DE
Inventors: Josef Julian Rudolf
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1955-06-02
Filing date: 1956-05-18
Publication date: 1957-10-31
Also published as: GB787756A; FR1148363A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Hohlleiter-Mündungsanordnungen zur Ausstrahlung von elektromagnetischen Wellen und hat zum Gegenstand, verbesserte Mündungsanordnungen zu schaffen, die geeignet sind, eine wirkungsvollere Ausleuchtung elektromagnetischer Reflektoren und Linsensysteme zu ergeben, als dies mit den bekannten Hohlleiter-Mündungsanordnungen erreichbar ist.The invention relates to waveguide mouth assemblies for emitting electromagnetic waves Waves and has the object of creating improved mouth arrangements that are capable of more effective illumination to result in electromagnetic reflectors and lens systems than with the known waveguide mouth arrangements is attainable.

Beim Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit Richtwirkung besteht oft das Bedürfnis, eine Linse oder einen Reflektor, z. B. einen Paraboloidreflektor, mit elektromagnetischen Wellen von einer Speiseeinrichtung, die aus der Mündung eines Hohlleiters besteht, auszuleuchten. Es hat sich als äußerst schwierig herausgestellt, dieses Bedürfnis auf wirkungsvolle Weise so zu befriedigen, daß der ausgeleuchtete Reflektor oder das ausgeleuchtete Linsensystem maximal ausgenutzt wird, d. h. daß der Reflektor oder das Linsensystem, als Sekundär antenne betrachtet, mit maximalem Gewinn arbeitet.When sending and receiving electromagnetic waves with directional effect, there is often the need to a lens or reflector, e.g. B. a paraboloid reflector with electromagnetic waves from a feed device, which consists of the mouth of a waveguide, to illuminate. It has proved extremely difficult to effectively satisfy this need in such a way that that the illuminated reflector or the illuminated lens system is used to the maximum will, d. H. that the reflector or the lens system, viewed as a secondary antenna, with maximum profit is working.

In diesem Zusammenhang hat man mit den meisten bekannten primären Speiseeinrichtungen die nachteilige Erfahrung gemacht, daß die Speisung in der magnetischen Ebene (der //-Ebene) unzureichend ist, wenn man sie so auslegt, daß ihr Polardiagramm in der elektrischen Ebene (der Ε-Ebene) befriedigend ist. Mit anderen Worten, legt man eine bekannte Hohlleiter-Mündungsanordnung so aus, daß sie eine Sekundärantenne in der Zi-Ebene praktisch voll ausleuchtet, so wird man finden, daß sie weit davon entfernt ist, auch die //-Ebene voll auszuleuchten. Nach Wissen der gegenwärtigen Anmelder gibt es keine bekannte primäre Speisungsanordnung, die optimalen Gewinn der Sekundärantenne, sowohl in der E- als auch in der //-Ebene, ermöglicht, obgleich zahllose Versuche zur Erreichung dieses lange erwünschten Ergebnisses gemacht worden sind. Die Erfindung sucht eine enge Annäherung an dieses gewünschte Ergebnis zu erreichen.In this connection, most known primary feeding devices have had the disadvantageous experience that the feeding in the magnetic plane (the // plane) is insufficient if it is interpreted in such a way that its polar diagram is in the electrical plane (the Ε- Level) is satisfactory. In other words, if a known waveguide mouth arrangement is designed so that it practically fully illuminates a secondary antenna in the Zi plane, one will find that it is far from fully illuminating the // plane. To the knowledge of the present applicants, there is no known primary feed arrangement which enables optimal gain of the secondary antenna, in both the E and // planes, although innumerable attempts have been made to achieve this long-desired result. The invention seeks to closely approximate this desired result.

Der Gewinn einer Sekundär antenne, z. B. eines Paraboloidreflektors, welche von einer primären Speiseeinrichtung ausgeleuchtet wird, ist für alle praktischen Fälle optimal, wenn die Breite des Strahles des primären Polardiagramms an Punkten, die ungefähr 10 db unterhalb der an der Sekundärantenne in axialer Richtung des Strahles der primären Speiseeinrichtung erzeugten Leistung liegen, gleich oder annähernd gleich dem Winkel ist, den besagte Sekundär antenne umschließt. Die Erfindung sucht diese Forderung sowohl in der E- als auch in der //-Ebene zu erfüllen.The gain of a secondary antenna, e.g. B. a paraboloid reflector, which is illuminated by a primary feed device, is optimal for all practical cases when the width of the beam of the primary polar diagram at points that are approximately 10 db below the power generated at the secondary antenna in the axial direction of the beam of the primary feed device lie, is equal to or approximately equal to the angle that encloses said secondary antenna. The invention seeks to meet this requirement both in the E and in the // level.

Fig. 1 und 2 sind erläuternde graphische Darstellungen, die jene Ergebnisse zeigen, welche mitFigs. 1 and 2 are explanatory graphs showing the results obtained with

Anmelder:Applicant:

Marconi's Wireless Telegraph Company Limited, LondonMarconi's Wireless Telegraph Company Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76Representative: Dr.-Ing. B. Johannesson, patent attorney,
Hanover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 2. Juni 1955 und 6. März 1955Claimed priority:
Great Britain June 2, 1955 and March 6, 1955

Josef Julian Rudolf, Great Baddow, Chelmsford, EssexJosef Julian Rudolf, Great Baddow, Chelmsford, Essex

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor

Hohlleiter-Mündungsanordnungen erzielt werden, die nicht mit der Erfindung übereinstimmen;Waveguide mouth assemblies are achieved that are not in accordance with the invention;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung;Fig. 3 is a perspective view of an embodiment this invention;

Fig. 4 ist eine erläuternde graphische Darstellung, welche die mit Hilfe einer Anordnung nach Fig. 3 erreichbaren Ergebnisse zeigt.FIG. 4 is an explanatory diagram showing the results obtained using an arrangement of FIG shows achievable results.

Eine allgemeine Form einer primären Speiseeinrichtung zur Ausleuchtung einer Sekundärantenne, z. B. eines Paraboloidreflektors, besteht einfach aus einer gegen die Sekundärantenne gerichteten Mündung eines rechteckigen Hohlleiters. In Fig. 1 sind die mit dieser einfachen Anordnung erzielten Ergebnisse graphisch dargestellt. In Fig. 1 stellt die mit E bezeichnete ausgezogene Kurve ein Leistungspolardiagramm in der /i-Ebene dar, die mit H bezeichnete gestrichelte Kurve ein Leistungspolardiagramm in der //-Ebene. Die Ordinaten sind in Dezibels (db) geteilt und die Abszissen in von der Achse des von der primären Speiseeinrichtung erzeugten Strahles fortschreitenden Winkeln. Wie man sieht, ist der Abfall an den Seiten der //-Kurve erheblich größer als der der Ε-Kurve, so daß eine beträchtliche Abweichung von der gewünschten Bedingung für optimalen Gewinn der Antenne besteht. Diese Bedingung wird nur erreicht, wenn die //-Kurve mit der £-Kurve zu-A general form of primary feeder for illuminating a secondary antenna, e.g. B. a parabolic reflector, consists simply of a directed towards the secondary antenna mouth of a rectangular waveguide. The results obtained with this simple arrangement are shown graphically in FIG. In FIG. 1, the solid curve denoted by E represents a power polar diagram in the / i plane, and the dashed curve denoted by H represents a power polar diagram in the // plane. The ordinates are divided into decibels (db) and the abscissas are angles advancing from the axis of the beam produced by the primary feeder. As can be seen, the drop on the sides of the // curve is considerably greater than that of the Ε curve, so that there is a considerable deviation from the desired condition for optimal gain of the antenna. This condition is only achieved if the // curve coincides with the £ curve.

703 758/295703 758/295

sammenfällt oder annähernd zusammenfällt ungefähr Fig. 3 zeigt die perspektivische Ansicht einercoincides or approximately coincides approximately Fig. 3 shows the perspective view of a

bis herunter zu den 10-db-Punkten. Fig. 1 zeigt deut- Hohlleiter-Mündungsanordriung entsprechend der lieh, daß die ii-Kurve »angehoben« werden muß, um Erfindung. Der darin gezeigte Hohlleiter ist ein eine annähernde Deckung mit der Ε-Kurve über den rechteckiger Leiter mit den Breitseiten 1 und den Bereich zwischen den zwei 10-db-Punkten oder deren 5 Schmalseiten 2, während die eigentliche Mündung mit Nachbarschaft sicherzustellen. 3 bezeichnet ist. Die Breitseiten des Hohlleiters wer-down to the 10 db points. Fig. 1 shows German waveguide Mündungsanordriung corresponding to borrowed that the ii curve must be "lifted" in order to be an invention. The waveguide shown therein is a an approximate coincidence with the Ε-curve over the rectangular ladder with the broad sides 1 and the Area between the two 10 db points or their 5 narrow sides 2, while the actual mouth is with Ensure neighborhood. 3 is designated. The broad sides of the waveguide are

Eine Anhebung der /f-Kurve kann dadurch erreicht den in Wirklichkeit durch sich verjüngende, dreiwerden, daß man die Mündung des rechteckigen eckig geformte Verlängerungsplatten 4 verlängert, Hohlleiters mit sich verjüngenden Verlängerungs- deren Basis mit den Rändern der Breitseiten an der platten versieht, die in Wirklichkeit die Breitseiten io eigentlichen Mündung zusammenfällt. Zwischen den des Hohlleiters verlängern und die sich in ihren Platten 4, die aus Kupfer oder einem anderen geeig-Breitenabmessungen um so mehr verjüngen, je weiter neten Hohlleiterwerkstoff bestehen, befindet sich ein sie sich von der eigentlichen Mündung entfernen, zylindrischer Metallstift 5, welcher die beiden Ver- und dadurch, daß man einen leitenden Stift zwischen längerungsplatten in der Nähe ihrer schmaleren den Verlängerungsplatten in symmetrischer Lage in 15 Enden verbindet und rechtwinklig zu den Ebenen der der Nähe ihrer schmalen Enden vorsieht. Hierdurch Verlängerungsplatten und der Hohlleiterbreitseiten wird die ii-Kurve- zweifellos angehoben, aber das er- angeordnet ist. Der Stift ist, wie dargestellt, symmezielte Ergebnis ist noch unbefriedigend, weil die trisch auf der Mittellinie angeordnet. Hochstehend resultierende if-Kurve eine beträchtliche Anzahl von den Verlängerungsplatten und außerhalb des kräftiger Spitzen oder Einbrüche aufweist. Das er- 20 Raumes zwischen ihnen befinden sich zwei weitere haltene Ergebnis ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher zu Metallstifte 6, welche, wie dargestellt, auf derselben beachten ist, daß Maximalleistung nicht mehr bei 0° geraden Linie mit Stift 5 liegen. Sie können auch erreicht wird und daß eine Anzahl — in diesem Bei- tatsächlich zusammen mit Stift 5 aus einer einzigen spiel fünf — kräftiger Spitzen oder Einbrüche auf Stiftanordnung bestehen, die ziemlich eng in Löcher jeder Seite der O°-Linie auftreten. Die Spitzen oder 35 in die Platten 4 eingepaßt und mit den Platten dort Einbrüche entsprechen natürlich Nebenzipfeln und fest verbunden sind, wo sie diese durchstoßen. Bei sind höchst unerwünscht. Die Erfindung ermöglicht der dargestellten Konstruktion sind von den Breites, ein beträchtliches Zusammenfallen von E- und Seiten des Hohlleiters hochstehende Flanschplatten 7 ii-Ebenen-Polardiagrammen bis zu etwa 10 db her- im wesentlichen in der Ebene der eigentlichen Münunter ohne die in Fig. 2 dargestellten Nebenzipfel- 30 dung angebracht. Die Gesamtlänge der Stiftanorderscheinungen zu erreichen. nung, bestehend aus den Gliedern 5 und 6, beträgtAn increase in the / f curve can be achieved, which is actually tapered by three, by lengthening the mouth of the rectangular, angularly shaped extension plate 4, waveguide with tapering extension whose base is provided with the edges of the broad sides of the plates that in reality the broadsides io actual mouth coincides. Between those of the waveguide and which extend in their plates 4, which taper from copper or some other suitable width dimensions, the more they exist, the further Neten waveguide material, there is a cylindrical metal pin 5, which the both connections and by connecting a conductive pin between extension plates near their narrower ends to the extension plates in a symmetrical position and at right angles to the planes of those near their narrow ends. As a result of this extension plates and the waveguide broadsides, the ii-curve is undoubtedly raised, but that it is arranged. The pin is, as shown, symmetrical result is still unsatisfactory because the trisch arranged on the center line. Standing upright resulting if-curve has a considerable number of the extension plates and outside of it more powerful peaks or dips. The space obtained between them is two further results are shown in FIG. They can also be achieved and that a number - in this case actually together with pin 5 from a single game five - consist of strong points or indentations on pin arrangement, which occur fairly closely in holes on each side of the 0 ° line. The tips or 35 fitted into the plates 4 and with the plates there notches naturally correspond to side lobes and are firmly connected where they pierce them. At are highly undesirable. The invention enables the construction shown to be of the width, a considerable coincidence of the E and sides of the waveguide upstanding flange plates 7 ii-plane polar diagrams up to about 10 db - essentially in the plane of the actual Münunter without the one in FIG. 2 shown side lobe 30 attached. To achieve the total length of the pin layout. voltage, consisting of the links 5 and 6, is

Erfindungsgemäß ist eine rechteckige Hohlleiter- vorzugsweise im wesentlichen eine halbe Betriebs-Mündungsanordnung, bei der die breiten Seiten des wellenlänge. Das Gesamtergebnis, das mit dieser AnHohlleiters über dessen Öffnung hinaus in Form von Ordnung erreicht wird, kann als Kombination des Metallflächen, die sich in der Breite verjüngen, fort- 35 Strahlungsdiagramms der Anordnung ohne die geführt sind, derart ausgebildet, daß diese Metall- Außenstifte 6 und des Strahlungsdiagramms der Diflächen nahe ihren freien Enden miteinander über ein polantenne, bestehend aus den Außenstiften 6, anleitendes Teil verbunden und an den Außenseiten je- gesehen werden.According to the invention, a rectangular waveguide is preferably essentially half an operating mouth arrangement, at which the broad sides of the wavelength. The overall result obtained with this waveguide beyond the opening of which is achieved in the form of order, can be used as a combination of the Metal surfaces that are tapered in width continue the radiation pattern of the arrangement without the are guided, designed such that these metal outer pins 6 and the radiation pattern of the diflaces near their free ends with each other via a pole antenna, consisting of the outer pins 6, instructive Partly connected and each seen on the outside.

weils mit wenigstens einem dipolähnlichen Strahler Es folgt ein praktisches Dimensionierungsbeispielbecause with at least one dipole-like radiator. A practical example of dimensioning follows

versehen sind. 4° einer für eine Betriebswellenlänge von 15,24 cmare provided. 4 ° one for an operating wavelength of 15.24 cm

Das leitende Teil und die dipolähnlichen Strahler (6") vorgesehenen Anordnung. Bei dieser Anordnung haben vorzugsweise die Form von Metallstiften. Dies beträgt die längere Dimension der eigentlichen Münist jedoch nicht wesentlich; z.B. können die dipol- dung, d.h. die Länge der Breitseite des Hohlleiters, ähnlichen Strahler auch die Form von hochstehenden 10,92 cm (4,3"), und die kürzere Dimension, d.h. Flanschplatten an oder nahe den schmalen Enden der 45 die Länge der Schmalseite, beträgt 2,54 cm (1"). Die Verlängerungsplatten haben. ' \^rerjüngung der Verlängerungsplatten ist derart ge-The conductive part and the dipole-like radiators (6 ") are provided. In this arrangement they are preferably in the form of metal pins. However, this does not mean the longer dimension of the actual coin; for example, the dipole, ie the length of the broad side of the waveguide , similar radiators also have the shape of upstanding 10.92 cm (4.3 "), and the shorter dimension, ie flange plates at or near the narrow ends of the 45 the length of the narrow side, is 2.54 cm (1"). The have extension plates. '\ ^r erjüngung the extension panels is such overall

Vorzugsweise liegen auch die dipolähnlichen Strah- wählt, daß der Winkel α der Fig. 3 gleich 60° ist, und ler und das leitende Teil alle in oder im wesentlichen die Stifte 5 und 6 haben alle den gleichen Durchin einer gemeinsamen Ebene parallel zur Ebene der messer, nämlich 1,27 cm (V2"). Die Länge des Stif-Hohlleitermündung; wenn Stifte für alle drei Teile So tes 5 ist 2,54 cm (1") — entsprechend der kleineren benutzt werden, liegen diese somit vorzugsweise auf Abmessung des Hohlleiters —, und die Stifte 6 sind einer Linie. je 2,54 cm (1") lang.Preferably, the dipole-like beams also lie so that the angle α of FIG. 3 is equal to 60 °, and the and the conductive part all in or substantially the pins 5 and 6 all have the same diameter in a common plane parallel to the plane of FIG knife, namely 1.27 cm (V2 "). The length of the pin waveguide mouth; if pins are used for all three parts So tes 5 is 2.54 cm (1") - corresponding to the smaller ones, these are therefore preferably on the same dimension of the waveguide -, and the pins 6 are in line. each 2.54 cm (1 ") long.

Die Gesamtabmessung des leitenden Teiles und der Fig. 4 zeigt die Ergebnisse, die mit der in Fig. 3The overall dimension of the conductive part and FIG. 4 shows the results obtained with that in FIG

dipolähnlichen Strahler, auf einer in einer die Hohl- dargestellten Anordnung erreicht wurden. Die Dimenleiteröffnung parallel zu deren Schmalseiten senkrecht 55 sionierung dieser Anordnung wurde im vorherschneidenden Ebene liegenden geraden Linie ge- gehenden Absatz beschrieben. Man sieht, daß das messen, beträgt vorzugsweise im wesentlichen eine E- und H-Ebenen-Polardiagramm sehr dicht bis halbe Betriebswellenlänge, und auch der Verjüngungs- zur Nachbarschaft der 10-db-Punkte zusammenwinkel der Verlängerungsplatten, an einer Ecke der fällt.dipole-like radiators, on an arrangement shown in the hollow. The dimensional conductor opening parallel to its narrow sides perpendicular to this arrangement was described in the straight line in the paragraph lying in front of the plane. It can be seen that the measurement is preferably essentially an E and H plane polar diagram very close to half the operating wavelength, and also the angle of taper to the vicinity of the 10 db points of the extension plates at a corner which falls.

Hohlleitermündung zwischen dem Plattenrand an 60 Bei der Beschreibung der Erfindung ist durchweg dieser Ecke und einer zur Ebene der Mündung recht- auf das Senden Bezug genommen worden, d. h., es winkligen Linie an dieser Ecke gemessen, beträgt wurde angenommen, daß die primäre Speiseeinrichvorzugsweise annähernd 30°. tung einen Strahl elektromagnetischer Wellen auf eineWaveguide mouth between the plate edge at 60 in the description of the invention is consistently this corner and one to the level of the mouth on the right- has been referred to the sending, d. h., it measured at this corner, it was assumed that the primary dining facility is preferred approximately 30 °. direction a beam of electromagnetic waves on a

Nach Wunsch können hochstehende Flansche ihr zugehörige Sekundärantenne (nicht gezeigt) prowenigstens an den Breitseiten des Hohlleiters an oder 65 jiziert. Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf nahe der Hohlleitermündung vorgesehen werden, die Empfang anwendbar, d. h., die primäre Speiseeinrichsich, von der Mündung gesehen, nach außen tung in Gestalt der Hohlleiter-Mündungsanordnung erstrecken. kann eine Empfangsspeiseeinrichtung sein und elek-If desired, upstanding flanges can at least have their associated secondary antenna (not shown) on the broad sides of the waveguide or 65 jected. Of course, the invention is also based on be provided near the waveguide mouth, the reception applicable, d. i.e., the primary dining facility, Seen from the mouth, outward device in the form of the waveguide mouth arrangement extend. can be a receiving feed device and elec-

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungs- tromagnetische Wellenenergie von dem Deflektor oder beispielen näher erläutert. 70 einer anderen Sekundärantenne empfangen. DabeiThe invention is based on implementation tromagnetic wave energy from the deflector or examples explained in more detail. 70 received from another secondary antenna. Included

werden sich die gleichen Vorteile des erhöhten Antennengewinnes ergeben.the same advantages of the increased antenna gain will result.

Claims

Patent claims:

1. Antenna for very short electromagnetic waves using a one-sided open Waveguide rectangular cross-section, the broad sides of which extend beyond the opening in shape are continued by metallic ones that taper in width, preferably exciter antenna for parabolic mirrors, characterized in that these metal surfaces close to their free ends with one another Connected via a conductive part and each on the outside with at least one dipole-like radiators are provided.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the connecting the metal surfaces conductive part essentially in a waveguide mouth parallel to its narrow one Sides perpendicular to the intersecting plane.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the connecting the metal surfaces conductive part and the dipole-like radiators have the form of metal pins.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that all metal pins on one Line are arranged, which are centrically to the waveguide mouth and in one to the waveguide mouth parallel plane.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the dipole-like radiators are designed in the form of upstanding flange plates.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the connecting the metallic conductive part and the dipole-like radiators all in or essentially in a common Plane parallel to the plane of the waveguide mouth.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the total length of the Metal surfaces connecting the conductive part and the dipole-like radiator, on a straight line Line measured, which in one of the waveguide mouth parallel to its narrow sides perpendicular intersecting plane is half an operating wavelength.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the taper angle of the Metal surfaces, at a corner of the waveguide mouth between the plate edge at this corner and a line perpendicular to the plane of the mouth, measured at that corner, is approximately 30 °.

9. Arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that at least on the widths Sides of the waveguide at or close to the waveguide mouth protruding outward flanges are appropriate.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,547,414.

1 sheet of drawings