DE1029888B

DE1029888B - Kopplungsanordnung fuer einen dielektrischen Stielstrahler

Info

Publication number: DE1029888B
Application number: DES50155A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rudolf Herz; Armi Dipl-Phys Georg V Dall
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-08-29
Filing date: 1956-08-29
Publication date: 1958-05-14

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Kopplungsanordnung für einen dielektrischen Stielstrahler, bestehend aus einem in einem Endbereich des Stielstrahlers angeordneten Koppelelement, das an eine Hochfrequenzleitung, vorzugsweise Koaxialleitung, angeschaltet ist.

Dielektrische Stielstrahler sind beispielsweise Stäbe aus Keramik oder sonstigem geeignetem Dielektrikum, meist mit einer relativen Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 4, die entweder einzeln oder auch in Zusammenstellungen mit anderen Stielstrahlern als Richtantennen in der Nachrichtentechnik Verwendung finden. Der Betriebsbereich derartiger Richtantennen liegt meist im Gebiet der Zentimeter- und Dezimeterwellen. Die Ankopplung derartiger Richtantennen an eine Hochfrequenzleitung erfolgt meist in der Weise, daß in das Ende der dielektrischen Antenne ein sogenannter A/4-Strahler eingebettet wird, der in den Innenleiter einer Koaxialleitung übergeht, an deren Außenleiter beispielsweise eine Reflektorscheibe angeschlossen ist, die als Gegenpol für den A/4-Strahler dient. Obwohl mit derartigen Antennen eine durchaus zufriedenstellende Bündelung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen zu erzielen ist, haben diese Antennen bisher noch keine große Verbreitung gefunden, da sie nur über einen relativ schmalen Frequenzbereich zufriedenstellende Anpassung zwischen Speiseleitung und freiem Raum ergeben.

Zweck der Erfindung ist, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie bei derartigen Antennen auch über ein weites Frequenzgebiet zufriedenstellende Anpassung zwischen Speiseleitung und freiem Raum zu erzielen ist.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Kopplungsanordnung für einen dielektrischen Stielstrahler, bestehend aus einem in einem Endbereich des Stiel- strahlers angeordneten Koppelelement, das an eine Hochfrequenzleitung, vorzugsweise Koaxialleitung, angeschaltet ist, in der Weise zu gestalten, daß das Koppelelement als Wendelantenne für den Betrieb in der axialen Schwingungsart ausgebildet ist, die im Endbereich des Stielstrahlers wenigstens nahezu achsengleich zum Stielstrahler eingebettet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein dielektrischer Strahler wie der an sich bekannte Stielstrahler mit Sicherheit über einen Frequenzbereich von

Kopplungsanordnung
für einen dielektrischen Stielstrahler

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

fn

f,

= 2

min

ein zufriedenstellendes Strahlungsdiagramm besitzt und lediglich die Güte und die Bandbreite der Anpassung der Eingangsimpedanz des Strahlers an die Hochfrequenzleitung durch die Art der Anregung bestimmt sind. Unter f_max wird dabei die obere Frequenzgrenze des Betriebsbereiches verstanden und unter f_min die untere Frequenzgrenze. Bei den bisher verwendeten Koppelelementen zur Verbindung des Strahlers mit der Dr.-Ing. Rudolf Herz, München,
und Dipl.-Phys. Georg v. Dall'Armi, Erding (Obb.),
sind als Erfinder genannt worden

Speiseleitung liegt dieses Verhältnis in der Größenan-Ordnung von 1,1, wenn man eine Welligkeit

Umax

m =

U₁

min

= 1,12

zugrunde legt, wobei U_max das Spannungsmaximum und U_min das Spannungsminimum der in der Speiseleitung sich ausbildenden stehenden Welle bedeutet.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen dielektrischen Stielstrahler, bestehend aus einem Abschnitt 1 konstanten Querschnitts, an den sich in bekannter Weise ein konusförmig auslaufender Abschnitt 2 anschließt, der seinerseits in einen Abschnitt 3 geringen konstanten Durchmessers übergeht. Die Länge des Abschnittes 1 liegt in der Größenordnung von 1,8A₀, die des Abschnittes 2 in der Größenordnung von 3A₀ und die des Abschnittes 3 ebenfalls in der Größenordnung von 3A₀-A₀ bedeutet hierbei eine mittlere Betriebswellenlänge im freien Raum. Der Durchmesser des Abschnittes 1 liegt in der Größenordnung des 0,6/]/ε —l-fachen von A₀, während der Durchmesser des Abschnittes 3 in der Größenordnung des 0,4/]/7-fachen von A₀ liegt. Die Durchmesserabnahme im Abschnitt 2 wird aus Gründen der Einfachheit zweckmäßig linear gewählt.

Die angegebenen Daten gelten für eine Dielektrizitätskonstante des verwendeten Materials in der Größenordnung von 4 und kleiner, sind also für eine andere Dielektrizitätskonstante und auch für eine andere Bündelungsschärfe je nach den jeweils vorliegenden Forderungen in an sich bekannter Weise zu wählen. Zur Anregung des dielektrischen Stielstrahlers dient eine Koaxialleitung 4, deren Außenleiter in eine Reflektorscheibe 5 ausläuft, die senkrecht zur Achse des Stielstrahlers angeordnet ist. Der Innenleiter 6 der Koaxialleitung 4 geht in eine im Bereich 1

809510/352

des dielektrischen Stielstrahlers in das dielektrische Material eingebettete Wendel 7 aus leitendem Material über, deren Durchmesser etwa gleich dem 0,3/j/F-fachen von A₀ gewählt ist. Die axiale Länge der Wendel erstreckt sich zweckmäßig über den gesamten Bereich 1, und die Bemessung des Steigungswinkels der Wendel 7 ist derart getroffen, daß unter Berücksichtigung des die Wendel umgebenden Dielektrikums diese in der sogenannten axialen Schwingungsart arbeitet, d. h. daß das Hauptmaximum ihrer Strahlung, bei Betrachtung der Wendel in einem unendlich weit sich erstreckenden Dielektrikum der gleichen Dielektrizitätskonstante wie das Material des Stielstrahlers, in Achsrichtung des Stielstrahlers, liegt.

Es ist auf diese Weise erreicht, daß die Wendelantenne über ein weites Frequenzgebiet beispielsweise von f_max zu fmin = 1,6 bis 1,7 mit einem sehr guten Anpassungswert m einen Übergang von der Speiseleitung 4 auf den Stielstrahler 1, 2, 3 hergestellt und dieser seinerseits einen guten Übergang in den freien Raum herstellt.

Die angegebene Länge des Bereiches 1 ist derart gewählt, daß im Normalfall mit Sicherheit die Wendel so viele Windungen erhalten kann, daß an ihrem speiseseitigen Eingang keine Reflexion vom offenen Ende herzu erwarten ist. Die Länge dieses Abschnittes kann daher ohne weiteres auch wesentlich größer gewählt werden, wenn diese Bedingung für die Dimensionierung der Wendellänge es erfordert, da in dem Abschnitt 1 praktisch keine Abstrahlung stattfindet. Die wesentliche Ablösung der Strahlungsenergie findet vielmehr im konischen Teil 2 des Stielstrahlers statt, der durch den Abschnitt 3 sozu- _sagen einen langsam auslaufenden, Reflexionen vermeidenden Abschluß findet.

Claims

Patentansprüche:

1. Kopplungsanordnung für einen dielektrischen Stielstrahler, bestehend aus einem in einem Endbereich des Stielstrahlers angeordneten Koppelelement, das an eine Hochfrequenzleitung, vorzugsweise Koaxialleitung, angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement als Wendelantenne für den Betrieb in der axialen Schwingungsart ausgebildet ist, die in den Stielstrahler wenigstens nahezu achsengleich eingebettet ist.

2. Kopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettungslänge etwa zwei Betriebswellenlängen im freien Raum beträgt.

3. Kopplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Stielstrahlers im Einbettungsbereich der Wendelantenne wenigstens angenähert konstant gewählt ist, vorzugsweise etwa gleich dem 0,6/]/g_i-fachen einer mittleren Betriebswellenlänge, worin ε die relative Dielektrizitätskonstante des für den Stielstrahler verwendeten Materials bedeutet.

4. Kopplungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Wendelantenne etwa das 0,3/|/i^fache einer mittleren Betriebswellenlänge beträgt.

5. Kopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anschlußseitige Ende des Wendelleiters in der Nähe der Stielstrahlerachse in den Innenleiter einer Koaxialleitung übergeht, der Außenleiter an eine zur Stielstrahlerachse wenigstens angenähert senkrechte Reflektorfläche angeschlossen ist, die vorzugsweise den Abschluß des Stielstrahlers am speiseseitigen Ende und gegebenenfalls auch dessen Halterungsmittel bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 982 210.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen