DE1084787B

DE1084787B - Hornstrahler fuer zirkular oder elliptisch polarisierte Wellen

Info

Publication number: DE1084787B
Application number: DET16556A
Authority: DE
Inventors: Johann Bartholomae; Albert Schlaud
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1959-04-17
Filing date: 1959-04-17
Publication date: 1960-07-07
Also published as: US3046550A; GB874509A

Description

Es ist bekannt, Radargeräte zur Unterdrückung von Regenechos mit zirkulär oder elliptisch polarisierten Wellen zu betreiben. Radargeräte benutzen im allgemeinen Reflektorantennen, die durch einen Erreger, meist einen Hornstrahler, ausgeleuchtet werden. Die zirkulär oder elliptisch polarisierte Welle, die aus zwei senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten besteht, die eine Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen, wird meist in der Antennenzuleitung erzeugt. Gewöhnliche Hornstrahler haben die unangenehme Eigenschaft, daß sie die beiden senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten, aus denen eine zirkulär oder elliptisch polarisierte Welle zusammengesetzt ist, in verschiedenen Diagrammen abstrahlen. Diese Tatsache erklärt sich aus der polarisationsabhängigen Amplitudenbelegung der Hornstrahlerapertur. Bei Anregung durch eine H₁₀-WeIIe z. B. ist die Amplitudenbelegung in der zum Ε-Vektor parallelen Ebene homogen, während sie in der dazu senkrechten Ebene cosinusförmigen Verlauf hat. Ein üblicher Hornstrahler ist für die Abstrahlung und den Empfang zirkulär oder elliptisch polarisierter Wellen nicht geeignet, weil durch ihn z. B. eine in der Erregerzuleitung zirkulär polarisierte Welle im Hornstrahlerdiagramm in einzelnen Winkelbereichen in eine elliptisch polarisierte Welle umgewandelt wird. Eine in der Erregerzuleitung elliptisch polarisierte Welle wird durch den Hornstrahler im allgemeinen in eine elliptisch polarisierte Welle mit anderem Achsenverhältnis umgeformt. Störend wirkt sich zusätzlich aus, daß von verschiedenen Teilbereichen des Refiektorspiegels nicht gleich elliptisch polarisierte Wellen abgestrahlt werden, sondern daß das Achsenverhältnis der elliptisch polarisierten Welle aus den verschiedenen Teilbereichen des Refiektorspiegels unterschiedlich ist.

Es ist bereits ein Hornstrahler bekannt, mit dem es möglich ist, weitgehend gleiche Diagramme für die beiden senkrecht aufeinanderstellenden linearpolarisierten Komponenten einer zirkulär oder elliptisch polarisierten Welle zu erzeugen. Ein solcher bekannter Hornstrahler ist in Fig. 1 dargestellt. An den Hornstrahlerwandungen sind mit ihrer Ebene in Wellenausbreitungsrichtung angeordnete leitende Platten 1 vorgesehen. Zur Anpassung sind sie dreieckförmig ausgebildet.

\¥elche Wirkung die leitenden Platten 1 haben, soll an Hand der Fig. 2 veranschaulicht werden. Die Fig. 2 zeigt die Frontansicht eines Hornstrahlers gemäß Fig. 1. Für die horizontal polarisierte Komponente einer zirkulär oder elliptisch polarisierten Welle wirken die an der linken und an der rechten Wandung des Hornstrahlers angeordneten leitenden Platten 2 und 3 als Kurzschlüsse, da diese parallel zu Hornstrahler für zirkulär oder elliptisch polarisierte Wellen

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Johann Bartholomä und Albert Schlaud, Ulm-Donau, sind als Erfinder genannt worden

den elektrischen Feldlinien dieser Komponente verlaufen. Umgekehrt wirken die an der unteren und an der oberen Wandung zahnförmig angeordneten leitenden Platten 4 .und 5 auf die horizontal gerichtete Komponente nicht ein, da diese senkrecht zu deren elektrischen Feldlinien verlaufen. Für die horizontal polarisierte Komponente (voll ausgezogener Pfeil) ist damit die wirksame Apertur des Hornstrahlers die mit Schraffurstrichen umrandete Fläche. Umgekehrt ist für die vertikale Polarisation, angedeutet durch den gestrichelt gezeichneten vertikalen Pfeil, die mit Punkten umrandete Aperturfläche wirksam. Durch Wahl der Höhe der zahnförmig angeordneten leitenden Platten kann man die Aperturen für die vertikal und die horizontal polarisierte Komponente unabhängig voneinander wählen und hat es damit in der Hand, die durch die beiden senkrecht zueinander polarisierten Komponenten erzeugten Diagramme einander anzugleichen. Um diese Diagrammangleichung in anderer Form zu veranschaulichen, sind in Fig. 2 rechts und unterhalb der Hornstrahlerapertur die Amplitudenbelegungen für das Vertikaldiagramm (seitlich) und das Horizontaldiagramm (unten) dargestellt. Die neben diesen Amplitudenbelegungen dargestellten Pfeile geben an, für welche der beiden polarisierten Komponenten die jeweilige Belegung zutrifft.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte bekannte Hornstrahler hat jedoch den Nachteil, daß er, wenn die Länge oder Breite der Apertur <1,5·2 ist, immer noch in einzelnen Teilbereichen starke Polarisationsverformungen verursacht. Wie diese Polarisationsverformungen zustande kommen, soll an Hand der

909 758/351

χ υ ut: «υ«

Fig. 3 erläutert werden. Da bei der in Fig. 3 gewähl- da er für senkrecht zueinander linear polarisierte

ten Apertur die Verformungen insbesondere die ver- Komponenten unterschiedliche Diagramme erzeugt.

tikat"-polaij£sier|e Komponente betreffen, sind in dieser Als Erreger für einen parabolischen Reflektorspiegel,

Darstellung nur die vertikal verlauf enden elektrischen der mit zirkulär oder elliptisch polarisierten Wellen

Feldlinien eingezeichnet. In der mittleren Zone des 5 betrieben wird, ist der bekannte dielektrische Platten-

Hornstrahlers verlaufen diese Feldlinien ungestört, strahler schon allein deshalb nicht verwendbar, weil

d. h. weitgehend vertikal. In den Ecken des Horn- er für die senkrecht zueinander linear polarisierten

Strahlers verlaufen jedoch diese Feldlinien nahezu Komponenten verschiedene Phasenzentren aufweist.

senkrecht zu den Feldlinien im mittleren Bereich der Ein Erreger für zirkulär oder elliptisch polarisierte

Apertur. Aus diesem Grunde weist die Welle an den io Wellen darf für die verschiedenen Komponenten nur

Eckzonen eine geringere Phasengeschwindigkeit als ein Phasenzentrum aufweisen, welches im Brenn-

im Zentrum der Apertur auf. Wie diese unterschied- punkt des Reflektors liegen muß.

liehen Phasengeschwindigkeiten im Zentrum und in Nachstehend sollen Ausführungsbeispiele sowie dab

den Randbereichen zustande kommen, läßt sich leicht Prinzip der Erfindung an Hand der Fig. 4 bis 7 näher

an Hand der Formel für die Phasengeschwindigkeit 15 erläutert werden. Fig. 4 zeigt in perspektivischer An-

für die H₁₀-WeIIe zeigen. Es gilt für die Phasen- sieht einen erfindungsgemäßen Hornstrahler. Bei die-

geschwindigkeit: sem Ausführungsbeispiel ist die Höhe der Apertur

relativ groß, während die Breite der Apertur mit der

c Breite des Speisehohlleiters 6 etwa übereinstimmt.

^VHi° ~| / / χ \z ' 20 Der Hornstrahler dient zur Erzeugung eines breiten

/1 — (~jr~) Horizontal- und eines schmalen Vertikaldiagramms.

* \ ^GI Im Hornstrahler ist eine dielektrische Platte 7 angeordnet, deren Ebene in der Vertikalebene liegt. Der

In dieser Formel bedeutet c die Lichtgeschwindig- Übersichtlichkeit halber ist die Aufhängung der dikeit, d. h. die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer 35 elektrischen Platte 7 nicht dargestellt. Zur Aufhänelektromagnetischen Welle in Luft, Αχ, die Wellen- gung verwendet man in der Praxis dünne nichtleilänge der eingespeisten Welle in Luft und Xq die tende Stäbe, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Grenzwellenlänge, d. h. die Wellenlänge, oberhalb der Polyester. Wenn die Apertur des Hornstrahlers zum keine Wellenausbreitung im Hohlleiter bzw. im Horn- Schutz gegen Witterungseinflüsse mit einer nichtleistrahler mehr möglich ist. λα ist dabei bei der H₁₀- 30 tenden Platte abgedeckt ist, kann die Vorderkante 8 Welle gleich 2 a, wobei α die wirksame Breite des der dielektrischen Platte allein oder zusätzlich an Hohlleiters senkrecht zu den elektrischen Feldlinien einer solchen Abdeckplatte befestigt sein. Zur Verist. Für die im Zentrum laufende Welle ist demnach meidung von Reflexionen ist die dielektrische Platte die Abmessung α vom linken zum rechten Rand zu zweckmäßigerweise zum Speisehohlleiter hin getapert. messen, hier mit G₁ bezeichnet, während für die Welle 35 Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist sie dreieckin den Eckzonen oben und unten die wirksame Quer- förmig ausgebildet.

abmessung a₂ ist. Da a_t kleiner als a₂ ist, ist, wie Die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Horn-

sich aus der Gleichung für Vg ergibt, die Phasenge- Strahlers soll an Hand der Fig. 5 erläutert werden,

schwindigkeit in der Mitte der Apertur größer als Fig. 5 zeigt die Frontansicht des Hornstrahlers ge-

am Rand. 40 maß Fig. 4. Wie in Fig. 2 sind unten die Belegungen

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der be- für das Horizontaldiagramm und rechts von der kannten Anordnung zu beseitigen. Gemäß der Erfin- Darstellung die Belegungen für das Vertikaldiadung ist es möglich, Hornstrahler mit sehr schmalen gramm dargestellt. Die Pfeile an den Belegungen Aperturen für zirkulär oder elliptisch polarisierte geben jeweils die Polarisationsrichtung der in Frage Wellen zu verwenden. Solche schmalaperturigen 45 kommenden Komponenten einer zirkulär oder ellip-Hornstrahler sind beispielsweise notwendig, um Re- tisch polarisierten Welle an. Für das Vertikaldiaflektorspiegel mit stark elliptisch geformter Apertur gramm der horizontalpolarisierten Komponente ist auszuleuchten. die Belegung 9 maßgebend, die der Belegung gleicht,

Die Erfindung betrifft einen Hornstrahler für zir- die man erzielen würde, wenn der Hornstrahler keine

kular oder elliptisch polarisierte Wellen mit Mitteln 50 dielektrische Platte 7 aufweist. Dies ergibt sich dar-

zur Erzeugung gleicher Diagramme für die vertikal aus, daß sich die Spannung zwischen der linken Wan-

und die horizontal polarisierte Komponente. Die Er- dung 10 und der rechten Wandung 11 des Hornstrah-

findung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Anglei- lers nicht verändert, wenn man das Dielektrikum 7

chung der Diagramme der horizontal und der vertikal einschiebt.

polarisierten Komponenten im Hornstrahler wenig- 55 Anders liegen jedoch die Verhältnisse beim Verti-

stens eine, nicht die volle Aperturbreite ausfüllende kaldiagramm für die vertikalpolarisierte Komponente,

dielektrische Platte vorgesehen ist, deren Ebene in Für die Komponente, deren Ε-Vektor parallel zur di-

der Ebene liegt, in der die Diagrammangleichung er- elektrischen Platte verläuft, wirkt diese als dielek-

zielt werden soll. irischer E-Plattenstrahler. Die Energie wird vorwie-

Es ist zwar bereits ein dielektrischer Plattenstrah- 60 gend entlang der dielektrischen Platte geführt, so daß ler bekannt, der aus einem Hornstrahler und einem die Aperturabschnitte a_s und a₄ in Fig. 5 eine starke aus dem Hornstrahler herausragenden dielektrischen Feldstärkeverdünnung aufweisen. Die Amplituden-Körper besteht, der in Strahlungsrichtung in eine di- verteilung entspricht dann Kurve 12. Damit hängt elektrische Platte ausläuft. In der Trichteröffnung des bei dieser Polarisation das Vertikaldiagramm des Hornstrahlers selbst füllt der dielektrische Körper 65 Hornstrahlers hauptsächlich von der Breite b der diwenigstens eine Aperturbreite voll aus. Zweck des elektrischen Platte ab und ist von der Gesamtaperturdielektrischen Körpers ist es, die Diagrammbreite breite zwischen den Trichterseiten 13 und 14 weitin einer Ebene stark zu bündeln. Dieser bekannte di- gehend unabhängig. Diese Breite ist demnach nur für elektrische Plattenstrahler kann für zirkulär oder die Horizontalpolarisation diagrammbestimmend. Bei elliptisch polarisierte Wellen nicht verwendet werden, 70 dieser Polarisation ist die senkrechte dielektrische

Platte ohne wesentlichen Einfluß. Durch geeignete Wahl der Breite b der dielektrischen Platte kann also gleiches Vertikalstrahlungsdiagramm des Hornstrahlers für die vertikal und horizontal polarisierte Komponente erzielt werden.

Im Gegensatz zu dem bekannten dielektrischen Plattenstrahler kann der erfindungsgemäße Hornstrahler auch als Erreger für einen parabolischen Reflektorspiegel Verwendung finden, da das Phasenzentrum für die beiden senkrecht zueinander polarisierten Komponenten im gleichen Punkt etwa in der Apertur des Erregers liegt.

Wenn es nicht gelingt, durch geeignete Aperturbemessung die Horizontaldiagramme aufeinander abzustimmen, so kann man senkrecht zur dielektrischen Platte 7, wie in Fig. 6 dargestellt, eine weitere dielektrische Platte 17 anordnen. Die dielektrische Platte 17 beeinflußt dann im wesentlichen nur das Horizontaldiagramm für die horizontal polarisierte Komponente. Das Horizontaldiagramm kann auch dadurch beeinflußt werden, daß man, wie bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Anordnung, leitende Platten 18 an den Breitseiten des Hornstrahlers vorsieht. Mit den Platten 18 kann die Apertur verformt werden. In diesem Fall tritt der an Hand der Fig. 3 beschriebene störende Effekt der unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten nicht auf, da die wirksamen Hohlleiterabmessungen senkrecht zu den elektrischen Feldlinien für die Teilkomponente im Zentrum und in den Ecken gleich sind, wie die eingezeichneten Feldlinien in Fig. 7 zeigen. Die Belegungen für die Horizontal- und Vertikaldiagramme sind in Fig. 7 wieder unter bzw. seitlich der Apertur dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Hornstrahler für zirkulär oder elliptisch polarisierte Wellen mit Mitteln zur Erzeugung gleicher Diagramme für die vertikal und die horizontal polarisierte Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß zur Angleichung der Diagramme der horizontal und der vertikal polarisierten Komponenten im Hornstrahler wenigstens eine, nicht die volle Aperturbreite ausfüllende dielektrische Platte vorgesehen ist, deren Ebene in der Ebene liegt, in der die Diagrammangleichung erzielt werden soll.

2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Angleichung der Diagramme der horizontal und vertikal polarisierten Komponenten in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen zwei senkrecht aufeinander stehende dielektrische Platten vorgesehen sind.

3. Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Platte zur Angleichung der Diagramme in der einen Ebene und zahnförmig am Rand angeordnete leitende Platten zur Angleichung der Diagramme in der zweiten, senkrecht zur ersten verlaufenden Ebene vorgesehen sind.

4. Hornstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der dielektrischen Platte(n) Haltestäbe z. B. aus Isoliermaterial vorgesehen sind.

5. Hornstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte bis zur Apertur reicht und an einer Aperturabdeckplatte befestigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen