DE1441093C2 - Hornstrahler für zwei senkrecht zueinander linear polarisierte sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hornstrahler für zwei senkrecht zueinander linear polarisierte sehr kurze elektromagnetische Wellen, dessen Apertur eine sich in das Innere des Strahlers hinein fortsetzende Form eines zu den Polarisationsebenen symmetrischen Vielecks mit acht Ecken aufweist, dessen Gestalt derart ist, daß das um 90° um seinen Mittelpunkt gedrehte Vieleck deckungsgleich mit dem unverdrehten ist und bei dem benachbarte Seiten ungleich lang sind.

Hornstrahler dieser Art werden meist im Zusammenhang mit Parabolspiegeln verwendet. Sie sollen dabei für beide Polarisationsebenen sowohl in der E-als auch in der //-Ebene gleiche Richtdiagramme erzeugen. Zur Erzielung des optimalen Gewinns der Antenne ist es ferner nötig, daß die Breite des Strahls des primären Polardiagramms für die elektrische und magnetische Feldkomponente gleich ist und daß die Strahlungsleistung am Rande des Sekundärstrahlers, z. B. Parabolspiegels, gegenüber der Strahlungsleistung in der Mitte des Spiegels etwa lOdb abgenommen hat. Man nennt dabei den Winkel, unter dem der Spiegelrand in bezug auf die Spiegelachse erscheint, die 10-db-Breite des Strahlers. All diese Forderungen soll ein solcher Strahler in einem möglichst breiten Frequenzband gleichbleibend erfüllen, um nämlich mit gleicher Dimensionicrung für ein Richtlunkband, z. B. zwischen 3,6 und 4,2 GHz, verwendbar zu sein und um den Bedingungen für die Vielkanal-Nachrichtenübertragung zu genügen.
Ein Strahler, der zumindest einen Teil dieser Forderungen nachkommt, ist in der französischen Patentschrift 1 285 457 beschrieben. Es dreht sich dabei; um einen Hornstrahler mit quadratischer, recht-! eckiger oder runder Öffnung, bei dem von der Aper-!

ίο tür aus sich in das Innere des Strahlers hinein erstrek-f kende Einsätze vorgesehen sind, die verschiedene | Querschnittsformen haben können und die sich zum I Speisehohlleiter hin verjüngen. Es entsteht dadurch '■ eine Apertur, die der Form eines Achtecks angenä-:

hert ist, und die Polarisationsrichtungen sollen sich'; parallel zu den längeren Seiten des so entstandenen j Achtecks erstrecken. Speziellere Angaben sind in dieser Patentschrift jedoch nur über einen bipolaren Hornstrahler gemacht, bei dem die Apertur die Form eines Rechtecks hat, und bei diesem Hornstrahler soll die Übereinstimmung der Diagramme innerhalb der 10-db-Breite bei zwei verschiedenen Frequenzen in der E- und in der //-Ebene in etwa gleich sein. Darüber, wie der Diagrammverlauf bei beiden PoIarisationen und den gleichen Frequenzen ist, sind jedoch keine Angaben enthalten.

Durch »IRE Transactions on Antennas and Propagation«, März 1961, S. 223 und 224, ist ebenfalls ein Hornstrahler bekannt, bei dem in ähnlicher Art, wie oben erwähnt, Einsätze vorhanden sind, die sich jedoch nicht bis zur Apertur erstrecken und offenbar lediglich zur Umformung der Koaxialwellen der Speiseleitung in Hohlleiterwellen im Horn vorgesehen sind. Die Richtdiagramme, die mit einem solchen Primärstrahler erreicht werden, haben ferner ungleiche 10-db-Breiten, wie dort gezeigt ist. Lediglich zusammen mit einem offenbar speziell geformten Parabolspiegel lassen sich gleiche Strahlungsdiagramme in der E- und //-Ebene einer Polarisationsrichtung breitbandig erzielen.

Es ist ferner durch »Nachrichtentechnische Fachberichte«, Bd. 23, 1961, S. 107 bis 114, eine Antenne bekannt, bei der mit einer bestimmten Aperturform angenähert gleiche Diagramme in der E- und //-Ebene einer Polarisation erreichbar sind. Die Apertur hat jedoch eine andere Form als die obengenannte achteckige und ist bei einer Ausführungsform des Trichters in der Nähe des Trichtereingangs etwa achteckförmig, an der Apertur jedoch qyadratisch..

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahler anzugeben, der sämtlichen obengenannten Forderungen gleichzeitig nachkommt und eine möglichst einfach zu realisierende Form aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Hornstrahler der . 55 eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lage des Aperturvielecks so gewählt ist, daß die beiden Polarisationsebenen senkrecht auf den kürzeren Seiten des Vielecks stehen.
Es ist günstig, wenn die kürzeren Seiten des Aohtecks nach außen gewölbt sind, insbesondere derart, daß sie sich mit dem Umkreis des Achteckes decken. Weiterhin ist es günstig, wenn die kürzeren Seiten zum Innenraum der Apertur hin gewölbt sind.

Eine besondere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß der Strahler aus einem konischen Trichter mit kreisförmigem Querschnitt gebildet ist, in dessen Innenraum zur Realisierung der in der Apertur in den längeren Seiten des Aperturvielecks endenden

Scitcnwänden vier derartige Kegelabschnitte eingebracht sind, daß die Kegelschnittflächen Hyperbeln ergeben, vorzugsweise solche Hyperbeln, deren Ebenen parallel zur Achse des Trichters verlaufen.

Der erfindungsgemäße Strahler erfüllt sämtliche eingangs erwähnten Forderungen; er hat nämlich ein Strahlungsdiagramm mit nur einer Hauptkeule, während die Nebenkeulen gegenüber der Hauptkeule um mehr als 20 db gedämpft erscheinen. Außerdem ist es gelungen, durch die Formgebung der Apertur innerhalb eines sehr breiten Frequenzbandes zugleich der Forderung nach weitgehend gleichen Strahlungsdiagrammen sowohl für die E- als auch für die //-Ebene beider Polarisationsrichtungen nachzukommen. .

In dem gleich breiten Frequenzband, beispielsweise im Bereich zwischen 3,6 und 4,2GHz, bleibt auch das Phasenzentrum der ausgestrahlten Welle für die E- und //-Ebene nahezu gleich und behält einen festen Ort. Hieraus ergibt sich als besonderer Vorteil, daß die Form des Gesamtstrahlungsdiagramms bei jeder Frequenz innerhalb dieses breiten Frequenzbandes gleichbleibt.

An Hand der F i g. 1 bis 4 wird nachstehend die Erfindung näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt die öffnung eines Hornstrahlers mit achteckförmigem Umfang. Diese ist aus der quadratischen Trichterform mit diagonaler Richtung der elektrischen Feldstärke hervorgegangen, wie es in der Zeichnung durch die angedeuteten Ecken gezeigt ist. Einer der beiden aufeinander senkrecht stehenden Feldvektoren ist in der Figur durch einen Pfeil mit der Bezeichnung E angedeutet. Bei dieser Aperturform ergibt eine Änderung der kleineren Achteckseiten 1 in Richtung der angedeuteten Pfeile eine Vergrößerung der 10-db-Breite der //-Ebene, wobei der Frequenzgang der 10-db-Breite im wesentlichen erhalten bleibt. Die 10-db-Breite im Strahlungsdiagramm, bezogen auf die Ε-Ebene, bleibt in erster Näherung unverändert, es tritt aber, verglichen mit dem quadratischen Strahler mit diagonaler Richtung der elektrischen Feldstärke, eine im Sinne der Erfindung erwünschte Verkleinerung des Frequenzganges der 10-db-Breite auf.

Die Abhängigkeit der 10-db-Breite von der Frequenz / und für die beiden Feldvektoren E und H ist in der Fig. 2 dargestellt. In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die Frequenzen / für das in Frage kommende Frequenzband aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Winkel Θ, der die eingangs erwähnte 10-db-Breite kennzeichnet, aufgetragen. Werden die Seiten 1 des Achtecks. nach innen verschoben, entsprechend der Richtung der Pfeile in F i g. 1, so tritt eine Änderung der 10-db-Breite in der durch Pfeile in Fig. 2 angedeuteten Form ein, d.h., die 10-db-Breite der //-Ebene wird in Richtung größerer Winkel θ verschoben.

Etwa die gleiche Wirkung läßt sich auch dann erzielen, wenn von einer runden Form der Apertur ausgegangen wird. Dieser Fall ist in der F i g. 3 angedeutet. Dort sind wieder die kürzeren Achteckseiten mit 1 bezeichnet, und die Kreisform, aus der die Öffnung des Strahlers hervorgegangen ist, ist durch die gestrichelte Linie angedeutet.

Wird'der Abstand der größeren Seiten 2 des Achtecks voneinander geändert, wie in F i g. 4 durch Pfeile angedeutet, so ändert sich die 10-db-Breite der Ε-Ebene, wobei der Frequenzgang der //-Ebene im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Dieser Effekt ist in der F i g. 5 in einem Diagramm veranschaulicht. Die Richtung der Pfeile in Fig.4 und 5 deuten Ursache und Wirkung bei diesem Vorgang an. Bei der in der F i g. 4 gezeigten Strahleröffnung, die aus der Kreisform hervorgegangen ist, sind die durch die längeren Achtecksciten 2 gebildeten Kreissegmente ausgefüllt. Mit den bisher geschilderten Maßnahmen kann auch der Einfluß des bereits erwähnten Flansches

ίο mit druckfeder Abdichtung kompensiert werden.

Werden die kürzeren Seiten 1 des Achtecks entsprechend der Fig. 6 nach innen gekrümmt ausgeführt, so wird der Frequenzgang der 10-db-Breite sowohl der E- als auch der //-Ebene verkleinert und bleibt für beide Ebenen, wie die Fig. 7 zeigt, über ein relativ breites Frequenzspektrum, z. B. im Gebiet zwischen 3,6 und 4,2 GHz, praktisch konstant.

In Spezialfällen kann es günstig sein, auch die längeren Achteckseiten, die in den Fig. 1,2 und 4 mit 2.

bezeichnet sind, zu krümmen oder zusätzliche Ecken einzuführen.

Der Strahler kann mit einem kräftigen Flansch versehen werden, der beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 angedeutet und mit F bezeichnet ist. Der Flansch dient vor allem der Aufnahme einer stabilen dielektrischen Abschlußscheibe, die den Strahler und das gesamte Hohlleitersystem druckfest abschließt.

Es kann auch günstig sein, die öffnung des Strahlers als 12- oder 16-Eck auszuführen oder überhaupt mit einer Anzahl von Ecken auszuführen, die mindestens gleich 8 oder gleich einer höheren Zahl ist, die durch 2 geteilt eine gerade Anzahl ergibt. Bedingung ist jedoch, .daß die Symmetrieachsen des η-Ecks parallel zu den E- und //-Ebenen liegen und durch den Mittelpunkt der Apertur gehen. Die Grundform der Strahleröffnung ist jedoch ein Achteck mit paarweise gleich langen Seiten und obigen Symmetriebedingungen, und es zeigte sich, daß diese Strahler allen im vorausgehenden geschilderten Forderungen nachkommen.

Die an Hand der Fig. 1, 3, 4 und 6 gezeigten Querschnittsformen der Strahleröffnung setzen sich auch in den Strahler hinein fort, bis zu einem allmählichen Übergang zur Form des Trichterhalses hin' oder auch bis zum Beginn der Speiseleitung. Die Speiseleitung kann einen kreisförmigen oder einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann die Grundform des Strahlers, von der anfangs ausgegangen wurde, entweder ein Kegel mit kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt sein. Jede Strahlerart kann an jede Speiseleitungsart angeschlossen sein, sofern die Polarisationsrichtungen der zugeführten Wellen mit den Diagonalen der jeweiligen Strahlerausgangsform, wie bereits beschrieben und in den Fig. 1, 3, 4 und 6 zum Ausdruck gebracht, übereinstimmen.

Die beschriebenen Strahlerformen können an sich einfach mittels des galvanoplastischen Verfahrens hergestellt werden.

Eine herstellungsmäßig noch günstigere Ausführungsform für den Strahler zeigt die F i g. 8 in Vorderansicht, Seitenansicht und einem Längsschnitt durch den Strahler. Sie besteht aus einem in Richtung des speisenden Hohlleiters konisch zulaufenden Trichter 11 mit kreisförmigem Querschnitt 12. Der speisende Hohlleiter 3 kann sowohl als quadratischer 7 wie auch als runder runder Hohlleiter 8 ausgeführt sein; in der Frontansicht des Strahlers sind

beide Spciselcitungsarten eingezeichnet, die quadratische Hohlleiterform ist gestrichelt eingezeichnet. Für den quadratischen Querschnitt der Zuleitung ist jedoch auch eine diagonale Polarisation möglich, d. h., die Diagonalen des Hohlleiters können auch in Richtung der £"-Vektoren verlaufen. In diesem Fall ist der eingezeichnete Hohlleiter um 45° gegenüber der dargestellten Lage gedreht zu denken. Der Trichter besitzt an seinem frontalen Rand einen kräftigen Flansch 5 zur Aufnahme einer dielektrischen Schutzscheibe, die den unter Druck befindlichen Hohlleiter samt Strahler abschließt. In den Strahler sind zui Herstellung eines achteckförmigen Aperturfeldet Mctallklötzc 6 eingebracht, die von einem Kegel mit kreisförmigem Querschnitt und gleicher Steigung wie der konusförmigc Strahler so abgeschnitten sind, daß die Schnittflächen Hyperbeln ergeben, wie im Längsschnitt durch den Strahler zu sehen ist. Es kann unter Umständen günstig sein, den Hyperbelflächer, ίο eine Neigung gegen die Hohlleiterachse zu geben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Hornstrahler für zwei senkrecht zueinander linear polarisierte sehr kurze elektromagnetische Wellen, dessen Apertur eine sich in das Innere des Strahlers hinein fortsetzende Form eines zu den Polarisationsebene!! symmetrischen Vielecks mit acht Ecken aufweist, dessen Gestalt derart ist, daß das um 90° um seinen Mittelpunkt gedrehte Vieleck deckungsgleich mit dem unverdrehten ist und bei dem benachbarte Seiten ungleich lang sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Aperturvielecks so gewählt ist, daß die beiden Polarisationsebenen (E, El, El) senkrecht auf den kürzeren Seiten (1) des Vielecks stehen.

   ■ 2. Hornstrahler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Seiten (1) des Achtecks nach außen gewölbt sind, insbesondere derart, daß sie sich mit dem Umkreis des Achtecks decken (F i g. 3 und 4).

   3. Hornstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Seiten (I) zum Innenraum der Apertur hin gewölbt sind (F i g. 6).

   4. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler aus einem konischen Trichter (11) mit kreisförmigem Querschnitt (12) gebildet ist, in dessen Innenraum zur Realisierung der in der Apertur in den längeren Seiten (2) des Aperturvielecks endenden Seitenwänden vier derartige Kegelabschnitte (6) eingebracht sind, daß die Kegelschnittflächen Hyperbeln ergeben, vorzugsweise solche Hyperbeln, deren Ebenen parallel zur Achse des Trichters (11) verlaufen (Fig. 8).