DE1279125B

DE1279125B - Horn parabolic antenna

Info

Publication number: DE1279125B
Application number: DE1965S0097109
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Huber; Dipl-Ing Helmut Laub; Dipl-Ing Heinz Stadler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-05-14
Filing date: 1965-05-14
Publication date: 1968-10-03

Description

Hornparabolantenne Die Erfindung bezieht sich auf eine Homparabolantenne für ein mit linear polarisierten, sehr kurzen eletkromagnetischen Wellen betriebenes Richtfunksystem mit Horizontalpolarisation, bei der eine Speiseleitung mit einem Parabolspiegelausschnitt über einen Hornstrahler verbunden ist, der einen wenigstens nahezu quadratischen, sich stetig erweiternden Querschnitt hat und dessen Hornachse vertikal verläuft, und bei der die die Apertur der Hornparabelantenne begrenzenden, parallel zur Strahlungsrichtung liegenden Seitenwände des Hornstrahlers im Bereich der Apertur durch Blenden verlängert sind.Horn parabolic antenna The invention relates to a hom parabolic antenna for one operated with linearly polarized, very short electromagnetic waves Directional radio system with horizontal polarization, in which a feed line with a Parabolic mirror section is connected via a horn antenna, which is at least one has an almost square, steadily expanding cross-section and its horn axis runs vertically, and in which the aperture of the horn parabolic antenna delimiting, Side walls of the horn antenna lying parallel to the radiation direction in the area the aperture are extended by diaphragms.

Hornparabolantennen sind seit langem bekannt. Die Apertur der Hornparabolantenne wird einerseits durch zwei gegenüberliegende Seitenwände des Hornstrahlers, andererseits durch die in der Aperturebene liegende Vorderwand des Hornstrahlers und durch den Parabolspiegelausschnitt begrenzt. Beispielsweise sind solche Antennen in der Zeitschrift »Frequenz«, 1956, H. 2, S. 33 bis 44, dargestellt und beschrieben.Horn parabolic antennas have long been known. The aperture of the parabolic horn antenna is limited on the one hand by two opposite side walls of the horn antenna, on the other hand by the front wall of the horn antenna lying in the plane of the aperture and by the parabolic mirror cutout. For example, antennas of this type are shown and described in the magazine "Frequency", 1956, issue 2, pp. 33 to 44.

Wie Untersuchungen an derartigen Antennen gezeigt haben, haben Hornparabolantennen bei Betrieb mit Horizontalpolarisation in der Horizontalebene starke Strahlungsnebenmaxima unter einem Abstrahlwinkel von etwa 901, bezogen auf die Hauptstrahlrichtung. Man hat versucht, diese Seitenstrahlung dadurch zu verkleinern, daß längs der vorderen Seitenkanten der Antenne Stromsperren oder parallel zu diesen Kanten verlaufende Blenden angebracht werden. Die Wirkung dieser Sperren und Blenden ist jedoch unbefriedigend.As studies on antennas of this type have shown, when operated with horizontal polarization in the horizontal plane, horn parabolic antennas have strong secondary radiation maxima at a radiation angle of approximately 901, based on the main beam direction. Attempts have been made to reduce this side radiation by attaching current barriers or screens running parallel to these edges along the front side edges of the antenna. However, the effect of these barriers and screens is unsatisfactory.

Diesen Schwierigkeiten kann bei einer Hornparabolantenne für ein mit linear polarisierten sehr kurzen elektromagnetischen Wellen betriebenes Richtfunksystem mit Horizontalpolarisation, bei der eine Speiseleitung mit einem Parabolspiegelausschnitt über einen Hornstrahler verbunden ist, der einen wenigstens nahezu quadratischen, sich stetig erweiternden Querschnitt hat und dessen Hornachse vertikal verläuft, und bei der die die Apertur der Hornparabolantenne begrenzenden, parallel zur Strahlungsrichtung liegenden Seitenwände des Hornstrahlers im Bereich der Apertur durch Blenden verlängert sind, dadurch in einfacher Weise abgeholfen werden, daß gemäß der Erfindung diese Blenden zumindest näherungsweise in der Ebene der Seitenwände verlaufen und ihr Randverlauf derart bemessen ist, daß die daran abgebeugten Wellenanteile in der Horizontalebene unter einem Abstrahlungswinkel von etwa 901, bezogen auf die Hauptstrahlungsrichtung, sich weitgehend gegenseitig auslöschen. Der hierfür erforderliche Aufwand ist relativ sehr gering, und es lassen sich für die Nebenmaxima zusätzliche Dämpfungswerte erzielen, die wesentlich über 10 db liegen, verglichen mit einer Hornparabolantenne ohne die Kantenversetzung in der Apertur. Derartige Verbeserungen wurden z. B. bei einer Hornparabolantenne für den Frequenzbereich um 4 und um 6 GElz gemessen.These difficulties can arise with a horn parabolic antenna for a radio relay system operated with linearly polarized very short electromagnetic waves with horizontal polarization, in which a feed line is connected to a parabolic mirror section via a horn antenna, which has an at least almost square, steadily widening cross-section and whose horn axis runs vertically, and in which the side walls of the horn antenna, which limit the aperture of the parabolic horn and lie parallel to the radiation direction, are lengthened in the area of the aperture by diaphragms, which can be remedied in a simple manner that, according to the invention, these diaphragms run at least approximately in the plane of the side walls and their edge course is dimensioned such that the wave components diffracted thereon in the horizontal plane at a radiation angle of approximately 901, based on the main radiation direction, largely cancel one another out. The effort required for this is relatively very low, and additional attenuation values can be achieved for the secondary maxima which are significantly above 10 db compared with a horn parabolic antenna without the edge offset in the aperture. Such improvements were z. B. measured with a horn parabolic antenna for the frequency range around 4 and around 6 GElz.

Durch die deutsche Auslegesehrift 1120 526 ist zwar bereits eine durch einen Primärstrahler erregte Parabolspiegelantenne bekanntgeworden, bei der zur Kompensation der Rückwärtsstrahlung eine am Rand des Spiegels angesetzte metallische Blende vorgesehen ist. Für diese bekannte Antenne ist jedoch unter anderem eine spezielle Bemessung dieser Blende in der Weise erforderlich, daß sich die Blende über die erste Fresnelzone erstreckt. Es wird deshalb bei der bekannten Antennenanordnung auch von einem anderen physikalischen Konzept als beim Erfindungsgegenstand insofern ausgegangen, als bei der bekannten Antenne die Rückwürtsstrahlung überwiegend durch den im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordneten Primärstrahler hervorgerufen wird.A parabolic mirror antenna excited by a primary radiator has already become known from the German Auslegesehrift 1 120 526 , in which a metallic screen attached to the edge of the mirror is provided to compensate for the backward radiation. For this known antenna, however, a special dimensioning of this diaphragm is required, among other things, in such a way that the diaphragm extends over the first Fresnel zone. A different physical concept is therefore assumed in the known antenna arrangement than in the subject matter of the invention insofar as in the known antenna the return radiation is predominantly caused by the primary radiator arranged at the focal point of the parabolic mirror.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht einer Hornparabolantenne, F 1 g. 2 eine Seitenansicht der Hornparabolantenne nach der F i g. 1 und F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Hornparabolantenne nach der F i g. 1 von oben her; F i g. 4 zeigt verschiedene Formen des Randverlaufes gemäß der Lehre nach der Erfindung; F i g. 5 zeigt eine besondere Ausgestaltung des Randverlaufes. Dabei ist zusätzlich noch eine Anwendung von Stromsperren vorgesehen, wobei jedoch die Wirkung der Stromsperren um ein Vielfaches höher ist als bei bisherigen Ausführungsformen; F i g. 6 zeigt eine Stromsperrenanordnung.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the drawing, F i g. 1 is a front view of a horn parabolic antenna, F 1 g. FIG. 2 shows a side view of the horn parabolic antenna according to FIG. 1 and F i g. 3 is a plan view of a horn parabolic antenna according to FIG . 1 from above; F i g. 4 shows various forms of the edge profile according to the teaching of the invention; F i g. 5 shows a special embodiment of the edge profile. In this case, the use of current locks is also provided, but the effect of the current locks is many times greater than in previous embodiments; F i g. Figure 6 shows a flow barrier arrangement.

Die über einen einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Hornstrahler gespeiste Hornparabolantenne hat, insbesondere bei horizontaler Polarisation, große Nebenmaxima in den Richtungen + 901 zur Hauptstrahlrichtung. Bei bekannten Ausführungsformen solcher Hornparabolantennen hat man versucht, die Nebenstrahlung dadurch zu verkleinern, daß man längs der vorderen Kanten der Seitenwände der Antenne, die die Apertur begrenzen, A74-Sperren oder Blenden angebracht hat (A = Betriebswellenlänge). Soweit bekannt ist, sind die Blenden jeweils durchgehend über die gesamte Höhe der Antennen-Ausgangsöffnung und stufenlos parallel zu den Wandkanten geführt. Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen kann durch derartige Sperren und Blenden die Nebenkeulendämpfung zwar merklich vergrößert werden. Die Wirkung ist jedoch insofern nicht zufriedenstellend, als die Nebenmaxima in den ± 901-Richtungen erst bei sehr großem Aufwand an Blenden und mehrfachen Stromsperren so weit gedämpft werden können, daß sie nicht mehr wesentlich größer sind als die benachbarten Nebenmaxima.The horn parabolic antenna fed via a horn antenna having a square cross section has, in particular with horizontal polarization, large secondary maxima in the directions + 901 to the main beam direction. In known embodiments of such horn parabolic antennas, attempts have been made to reduce the secondary radiation by installing A74 barriers or diaphragms (A = operating wavelength) along the front edges of the side walls of the antenna, which limit the aperture. As far as is known, the panels are each continuously guided over the entire height of the antenna exit opening and steplessly parallel to the wall edges. According to the investigations on which the invention is based, the sidelobe attenuation can be increased noticeably by such barriers and diaphragms. However, the effect is not satisfactory in that the secondary maxima in the ± 901 directions can only be dampened to such an extent that they are no longer significantly larger than the neighboring secondary maxima with a very large amount of diaphragms and multiple current blocks.

Eine zumindest gleiche Wirkung läßt sich nach der Lehre der Erfindung mit wesentlich geringerem Aufwand erreichen. Das Wesentliche ist dabei eine besondere Ausbildung der vorderen Begrenzungslinien der metallischen Seitenflächen, der Antenne im Bereich der öffnungsfläche bzw. Apertur.At least the same effect can be achieved according to the teaching of the invention achieve with much less effort. The essential is a special one Formation of the front boundary lines of the metallic side surfaces, the antenna in the area of the opening area or aperture.

Die Ursache für die starken Nebenzipfel in den 901-Richtungen und die erfindungsgemäßen Mittel für ihre Unterdrückung werden nachstehend kurz erläutert. In den F i g. 1 bis 3 sind die Vorder- und Seitenansicht sowie die Draufsicht einer Hornparabolantenne dargestellt. Elementarwellen, die in Strahlungsrichtung längs den Seitenwänden laufen und deren E-Vektoren eine Komponente senkrecht zu den Wänden haben, liefern durch Beugung an den Kanten der Wände einen Beitrag zur Seitenstrahlung der Antenne. Diese Strahlung tritt um so deutlicher in Erscheinung, je größer die anregenden Komponenten sind und je mehr die Elementarwellen in Phase sind. In den F i g. 1 bis 3 sind die Wege von zwei Elementarwellen (EW 1, EW 2) dünn gestrichelt eingezeichnet. Die Wellen sind gleichphasig in der Ebene durch a (F i g. 2) senkrecht zur Zeichenebene, also in Hauptstrahlrichtung H. Die an den dick gezeichneten Kanten c gebeugten Wellenanteile (SW1 und SW2) sind gleichphasig in der Ebene durch d (F i g. 1, F i g. 3), senkrecht zur Zeichenebene, also in Seitenstrahlrichtung S. Dies folgt aus der Kongruenz der Dreiecke a, b, c und d, e, c. Es ist d = a und e = -b.- Daß die Bedingungen der Gleichphasigkeit erfüllt sind, folgt auch aus der Fig. 3. The cause of the strong side lobes in the 901 directions and the means according to the invention for their suppression are briefly explained below. In the F i g. 1 to 3 show the front and side views as well as the top view of a horn parabolic antenna. Elementary waves that travel in the direction of radiation along the side walls and whose E-vectors have a component perpendicular to the walls make a contribution to the side radiation of the antenna through diffraction at the edges of the walls. This radiation appears all the more clearly, the larger the exciting components are and the more the elementary waves are in phase. In the F i g. 1 to 3 the paths of two elementary waves (EW 1, EW 2) are shown with thin dashed lines. The waves are in phase in the plane through a ( Fig. 2) perpendicular to the plane of the drawing, i.e. in the main beam direction H. The wave components (SW1 and SW2) diffracted at the thick edges c are in phase in the plane through d (F i g 1, FIG. 3), perpendicular to the plane of the drawing, ie in the side beam direction S. This follows from the congruence of the triangles a, b, c and d, e, c. It is d = a and e = -b.- That the in-phase conditions are fulfilled, also follows from FIG. 3.

Die Seitenstrahlung kann man nun dadurch verkleinern, daß man die, Gleichphasigkeit der gebeugten Wellenanteile stört. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer metallischen Blende B nach F i g. 2 und 3 erfolgen (schraffiert - gezeichnet). Die Blende B ragt an ihrem unteren Ende um h (F i g. 3) über die Austrittsöffnung AÖ der Antenne hinaus. Die Länge h ist abhängig von der Belegungsfunktion längs der Kante c. Bei gleichmäßiger Belegung wäre beispielsweise h = #., d. h. gleich der mittleren Betriebswellenlänge zu wählen. Dann würden sich in den ± 901-Richtungen je zwei im Abstand a12 von der Blendenkante ausgehende Wellenanteile gegenseitig auslöschen. Bei den üblichen Belegungsfunktionen ist h > A. zu wählen (s. hierzu auch F i g. 3, strichpunktiert gezeichnete Wege von zwei Elementarwellen EW 3, EW 4, die zur Seitenstrahlung die Anteile SW3 und SW4 beitragen).The lateral radiation can now be reduced by disturbing the in-phase nature of the diffracted wave components. This can be done, for example, with the aid of a metallic screen B according to FIG. 2 and 3 take place (hatched - drawn). The diaphragm B protrudes at its lower end by h ( FIG. 3) beyond the outlet opening AÖ of the antenna. The length h depends on the occupancy function along the edge c. With even occupancy, for example, h = #., I.e. H. to be chosen equal to the mean operating wavelength. Then, in the ± 901 directions , two wave components emanating from the diaphragm edge at a distance a12 would cancel each other out. With the usual occupancy functions, h > A. is to be selected (see also Fig. 3, dash-dotted paths of two elementary waves EW 3, EW 4, which contribute the components SW3 and SW4 to the lateral radiation).

In der F i g. 4 sind weitere Blendenarten dargestellt, die im Sinne einer Störung der Gleichphasigkeit der gebeugten Wellenanteile wirken. Die Tiefe der Blenden nach den F i g. 4 a und 4 b ist jeweils etwa gleich einer halben mittleren Betriebswellenlänge Z oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon. Ihre Länge 1 ist abhängig von der Belegungsfunktion längs der Kante c. Die F i g. 4 c zeigt eine gestufte Blende für zwei Frequenzbereiche. Die Blende erstreckt sich über die gesamte Kante c. Die Differenz der mittleren Tiefen der 11 und 12 langen Teilabschnitte B, und B2 beträgt etwa 21/2; die Tiefe der Stufen innerhalb der Tellabschnitte ist etwa A2/2. mit AI bZW- A2 sind die mittleren Wellenlängen des tieferen bzw. höheren Frequenzbereiches bezeichnet. Auch eine Kombination von Blenden mit schräg und parallel zu c verlaufenden Kanten sowie gestufte Blenden mit schräg zu c verlaufenden Kanten sind möglich.In FIG. 4 further types of diaphragms are shown, which act in the sense of disturbing the in-phase relationship of the diffracted wave components. The depth of the diaphragms according to FIGS. 4 a and 4 b is each approximately equal to half an average operating wavelength Z or an odd multiple thereof. Their length 1 depends on the occupancy function along the edge c. The F i g. 4 c shows a stepped diaphragm for two frequency ranges. The cover extends over the entire edge c. The difference in the mean depths of the 11 and 12 long sections B and B2 is about 21/2; the depth of the steps within the sub-sections is approximately A2 / 2. with AI and A2 , the mean wavelengths of the lower or higher frequency range are designated. A combination of diaphragms with edges that run obliquely and parallel to c as well as stepped diaphragms with edges that run obliquely to c are also possible.

Die Wirkung der Blenden wird weiter verstärkt, wenn an ihren vorderen Rändern und längs der eventuell frei bleibenden Teilabschnitte der Kanten c noch A/4-Sperren angebracht werden. Bei Breitbandbetrieb der Antenne, also z. B. in einem Frequenzbereich einer Oktave, sind frequenzmäßig in der Ab- stimmung gestufte Stromsperren vorteilhaft.The effect of the diaphragms is further enhanced if A / 4 barriers are attached to their front edges and along the possibly remaining free sections of the edges c. With broadband operation of the antenna, so z. B. in a frequency range of one octave are, in terms of frequency in the voting stepped current blocking advantageous.

In der F i g. 5 ist die Ausführungsform einer ge- stuften Blende mit A/4-Sperren dargestellt. Mittels dieser Blenden konnte die Nebenzipfeldämpfung einer Hornparabolantenne in den ± 90'-Richtungen und deren unmittelbarer Umgebung in den 4- und 6-GHz-Richtfunkbereichen wesentlich vergrößert werden gegenüber einer entsprechenden bekannten Ausführung einer Hornparabolantennne. Die Blende hat fünf symmetrisch zu ihrer strichpunktiert eingezeichneten Mittellinie verteilte Abschnitte. Die Stufen sind so gewählt, daß die Blendenwirkung bei der größten Betriebswellenlänge 9, am größten ist. Bei 2, treten ohne Blende die größten Nebenm ' a unter 900 Abstrahlrichtung auf. Die Stufen zwischen den Abschnitten 1 und 2 sowie 1 und 3 betragen etwa 0,5 A" die Stufen zwischen den Abschnitten 2 und 4 sowie 3 und 5 etwa 1,5 1, = 2,5 223 wobei 12 gleich der mittleren Betriebswellenlänge im 6-GHz-Bereich ist. Der hintere und vordere Blendenrand sind mit je einer etwa A,14 tiefen Stromsperre versehen (vgl. F i g. 6). In FIG. 5 shows the embodiment of a stepped diaphragm with A / 4 locks. By means of these diaphragms, the side lobe attenuation of a horn parabolic antenna in the ± 90 'directions and their immediate vicinity in the 4 and 6 GHz radio relay ranges could be significantly increased compared to a corresponding known version of a horn parabolic antenna. The diaphragm has five sections distributed symmetrically to its dash-dotted center line. The steps are chosen so that the diaphragm effect is greatest at the largest operating wavelength 9. At 2, occur without the largest aperture Nebenm 'a below 900 on the emission direction. The steps between sections 1 and 2 as well as 1 and 3 are about 0.5 A ″, the steps between sections 2 and 4 and 3 and 5 are about 1.5 1, = 2.5 223 where 12 is the mean operating wavelength in the 6th The rear and front edge of the diaphragm are each provided with an approximately A.14 deep current block (see FIG. 6).

Claims

Claims: 1. Horn parabolic antenna for a directional radio system operated with linearly polarized very short electromagnetic waves with horizontal polarization, in which a feed line is connected to a parabolic mirror section via a horn antenna, which has an at least almost square, steadily widening cross-section and whose hom axis runs vertically, and in which the side walls of the horn antenna, which delimit the aperture of the homoparabolic antenna and lie parallel to the radiation direction, are lengthened by diaphragms in the area of the aperture, characterized in that these diaphragms (B) run at least approximately in the plane of the side walls (c) and their edge course is dimensioned in this way is that the diffracted wave components (SW1, SW2) in the horizontal plane at a radiation angle of about 901, based on the main radiation direction (H), largely cancel each other out.

2. Horn parabolic antenna according to claim 1, characterized in that the diaphragms (B) are stepped. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 120 526; The Bell System Technical Journal, July 1963, pp. 1187-1211.