DE1591092C - Rotationssymmetrischer Mehrfachhornstrahler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen rotationssymmetrischen Mehrfachhornstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter Apertur, bestehend aus einem inneren Hohlleiter und diesen koaxial umgebenden Rohren, von denen jedes mit dem nächst inneren Rohr bzw. inneren Hohlleiter eine Koaxialleitung bildet, wobei für alle Leitungen ein gemeinsames mit dem inneren Hohlleiter fluchtendes Speiserohr vorgesehen ist und in die Koaxialleitungen deren Querschnitt ausfüllende Ringe aus verlustfreien dielektrischen Stoffen mit einer solchen Dicke eingebracht sind, daß sich in der Apertur die gewünschte Phasenverteilung ergibt.

Solche Hornstrahler sind aus der USA.-Patentschrift 2 928 092 prinzipiell bekannt. Sie werden z.B. eingesetzt als Erreger für rauscharme Parabolantennen, um eine sogenannte Λ 1-Belegung zur Erzeugung eines sektorförmigen Strahlungsdiagrammes anzunähern (NTZ, 1956, H. 7), die unterschiedliche Amplituden und Phasen in den einzelnen Ringzonen verlangt.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, besonders vorteilhafte Weiterbildungen der bekannten rotationssymmetrischen Mehrfachhornstrahler anzugeben. Dabei soll der rotationssymmetrische Mehrfachhornstrahler möglichst geringe Abmessungen aufweisen und kompakt aufgebaut sein. Ferner soll sich mit einfachen Mitteln die Stromverteilung in der Apertur verändern lassen, um eine A 1-Belegung zu realisieren bzw. den Hornstrahler vielseitig an andere Einsatzfälle anpassen zu können. Richtkoppler, Dämpfungsglieder oder andere äußere Baugruppen sollen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe einmal dadurch gelöst, daß die Rohre zylindrisch sind und die Koaxialleitungen über Ringschlitze gespeist sind, die durch eine Trennfuge zwischen dem der Apertur abgewandten Ende des den Innenleiter der jeweiligen Koaxialleitung bildenden Rohres und einer die Koaxialleitung abschließenden, für den inneren Hohlleiter eine Öffnung frei lassenden Ringfläche gebildet sind und durch welche Ringschlitze jede Koaxialleitung mit der nächstinneren Koaxialleitung bzw. dem nächstinneren Hohlleiter gekoppelt ist, wobei nur eine einzige, alle Koxialleitungen gemeinsam abschließende Ringfläche vorhanden ist (Serienspeisung der Koaxialleitungen), und daß die Breite der Ringschlitze dadurch einstellbar ist, daß die Rohre, mit Ausnahme des äußeren Rohres, in axialer Richtung verstellbar sind.

Eine erfindungsgemäße weitere parallele Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Rohre zylindrisch sind und die Koaxialleitungen über Ringschlitze gespeist sind, die durch eine Trennfuge zwischen dem der Apertur abgewandten Ende des den Innenleiter der jeweiligen Koaxialleitung bildenden Rohres und einer die Koaxialleitung abschließenden für den inneren Hohlleiter eine öffnung frei lassenden Ringfläche gebildet sind und durch welche Ringschlitze die innere Koaxialleitung mit dem inneren Hohlleiter und die übrigen Koaxialleitungen jeweils mit einer innen an das Speiserohr angekoppelten Radialleitung gekoppelt sind, wobei jede Koaxialleitung eine eigene, abschließende Ringfläche aufweist und jeweils zwei benachbarte Ringflächen in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß hierdurch die genannte Radialleitung gebildet ist (Parallelspeisung der Koaxialleitungen), und daß die Breite der Ringschlitze dadurch einstellbar ist, daß die Rohre, mit Ausnahme des äußeren Rohres, in axialer Richtung verstellbar sind.

In Fortbildung dieser Lösungen werden vorteilhafte Ausgestaltungen von Details angegeben.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen dabei

F i g. 1 bis 4 verschiedene Varianten für die Ausbildung des erfindungsgemäßen rotationssymmetrischen Mehrfachhornstrahlers, und die

F i g. 5 das allen Varianten gemeinsame Speiserohr.

Im Sendefall tritt gemäß Fig. 5 die erregende Hohlrohrwelle am Rechteckflansch 9 ein und läuft über die Erweiterung 10 zur Viertelwellenlängenplatte, die im kreisrunden Rohr 7 angeordnet ist und aus Folien 11 besteht, die auf die Keile 12 beidseitig aufgeklebt sind. Das Rohr 8 mit dem Übergang vom Rechteckhohlleiter auf den runden Hohlleiter ist zur Erzeugung von zirkularer Polarisation mit seiner Ε-Ebene um 45° gegenüber der Ebene der Folie verdreht, was sich mittels des Futters 13 und der Überwurfmutter 19 bewerkstelligen läßt. Hierbei sind zwei Positionen möglich, eine zur Erzeugung von rechtsdrehenden, zirkulär polarisierten Wellen, die andere für linksdrehende zirkulär polarisierte Wellen. In der F i g. 5 jedoch ist die Ε-Ebene des Rohres 8 in die Zeichenebene gedreht. Nach dem Durchtritt durch die Viertelwellenplatte 11/12 liegt zirkuläre Polarisation vor.

Die Welle tritt vom Rohr 7 in das mit dem inneren Hohlleiter 1 des Strahlers fluchtende Speiserohr 22 ein.

Bei der F i g. 1 ist nun um das Ende des Speiserohres 22 eine Ringfläche 15 gelegt, welche sämtliche den inneren Hohlleiter 1 des Strahlers umgebende Koaxialleitungen 2 bis 6 zum Einspeisungsende hin abschließt. Auf dieser gemeinsamen Ringfläche 15 sind die Abstandsringe 16, die aus einem verlustarmen Dielektrikum, beispielsweise Acrylglas, bestehen, in konzentrischer Anordnung befestigt. Die Abstandsringe 16 sind im Beispiel mit einem Innengewinde versehen, in das die einzelnen Rohre, die jeweils ein Außengewinde aufweisen, so weit hineingeschräub't sind, daß jeweils eine ringförmige Trennfuge 23 verbleibt, und zwar beim inneren Hohlleiter 1 zum Speiserohr 22, bei den umgebenden Rohren der Koaxialleitungen 2 ... 6 zu der gemeinsamen Ringfläche 15. Die ringförmigen Trennfugen 23 liegen in der gleichen Querschnittsebene des Strahlers und ergeben eine Serienspeisung der Koaxialleitungen 2... 6. Zur Regelung der Amplitude in den umgebenden Koaxialleitungen 2 ... 6 werden die Rohre

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mehr oder weniger stark in die Abstandsringe 16 hin- Die Fig. 3 und 4 zeigen derartige Ausführungs-

eirigeschraubt und damit der Koppelquerschnitt der formen. Wie man in der F i g. 3 erkennt, sind hier

Koppelschlitze verändert. Da jeder Ringschlitz getrennt alle die Koaxialleitungen 2 ... 6 zum Einspeisungs-

einstellbar ist, läßt sich auf diese Weise die Ampli- ende hin abschließenden Ringflächen 15 als Kegel-

tude in den einzelnen Koaxialleitungen einstellen. 5 Stumpfmäntel 15 mit einer dem Innendurchmesser

Zur Einstellung der Phase passiert die zirkulär des inneren Hohlleiters 1 entsprechenden Bohrung

polarisierte Welle in jeder der umgebenden Koaxial- ausgeführt. Es entstehen zwischen den kegelstumpf-

leitungen eine ringförmige Viertelwellenlängenplatte förmigen Ringflächen 15 aus Kegelstumpfmänteln ge-

17, einen Satz mit dielektrischen Platten 18, der die bildete Radial-Wellenleiter 20, die zum Unterschied

Funktion eines Phasenschiebers übernimmt, und eine io von den Radialwellenleitern der F i g. 2 unter dem

zweite Viertelwellenlängenplatte 17. halben öffnungswinkel der Kegelstumpfmäntel gegen

Die Abstandsringe 16 bestehen z. B. aus Poly- die Strahlerachse geneigt sind.

acrylglas, und ihre Länge 1 beträgt zur Reflexions- Hierdurch werden die bei einem sprunghaften

verminderung etwa eine halbe Wellenlänge. Die ring- Übergang von dem zentralen Speiserohr zu den

förmigen Viertelwellenlängenplatten 17 lassen sich 15 Radial-Wellenleitern entstehenden Reflexionen her-

z.B. aus Polytetrafluoräthylen herstellen, während die abgesetzt. Aus geometrischen Gründen trifft die

Plattensätze 18 aus Polyacrylglas gefertigt werden Speiseenergie in Form einer Zylinderwelle auf die

können. Die ringförmigen Viertelwellenlängenplatten ringförmigen Öffnungen der einzelnen Strahler-

17 werden durch Bohrungen wie ein Sieb durch- abschnitte und wird durch die Kegelstumpfmäntel in

löchert, so daß die effektive Dielektrizitätskonstante 20 die Ausbreitungsrichtung umgelenkt,

gleich der Wurzel aus dem Produkt der Dielektrizi- Aus der Schaltungstechnik mit Rechteckhohlleitern

tätskonstanten der anstoßenden Medien wird. Die sind Verzweigungen bekannt, die besonders niedrige

Phase in der Apertur einer der Koaxialleitungen läßt Reflexionen aufweisen. Hierbei sind die abzweigen-

sich verändern, indem man entsprechende Platten des den Leitungen nicht unter einem rechten Winkel zum

Satzes 18 herausnimmt. 25 speisenden Hohlleiter angebracht, wie beim Serien-T

Zur Erzeugung von linearer Polarisation verzichtet und Parallel-T, sondern die Ausbreitungsrichtung in man auf das Rohr 7 mit der Viertelwellenlängen- ihnen weicht nur wenig oder gar nicht von der urplatte 11/12 und schraubt das Rohr 8 mittels des Ge- sprünglichen ab; der Querschnitt des speisenden windes 14 direkt in die Öffnung des Speiserohres 22. Hohlleiters wird dabei durch eine Trennwand in zwei

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit Par- 30 Hälften zerlegt, wobei sich die Energie in den Ab-

allelspeisung. In der Fig. 2 sind die gleiche Auf- zweigungen aus einer geometrischen Betrachtung des

gaben wie in der F i g. 1 erfüllenden Teile mit den Hohlleiterquerschnittes unter Berücksichtigung des

gleichen Bezugszeichen versehen. Die Umwandlung Wellentyps ergibt. Derartige Verzweigungen ermög-

in eine zirkulär polarisierte Welle und die Herstellung liehen es, die Energie in den abzweigenden Armen

der gewünschten Phasenverschiebung geschieht in der 35 etwa in der gleichen Größenordnung zu halten, wie

bereits erläuterten Art und Weise. die Energie in der Hauptleitung, während bei Ver-

Anders ist die Einspeisung vom Speiserohr zu den zweigungen, die nach Art einer Schlitzkopplung ausumgebenden Koaxialleitungen ausgeführt. Jede der geführt sind, die Energie in den Abzweigungen etwa umgebenden Koaxialleitungen 2... 6 ist an ihrem eine Größenordnung unter der Energie der Hauptder Apertur abgewandten Ende durch je eine Ring- 40 leitung zu liegen pflegt, oder noch niedriger,
fläche 15 begrenzt, die jeweils eine dem Durchmesser Dieses Prinzip läßt sich von der Rechteckhohldes zentralen Rohres 1 entsprechende Öffnung auf- leitung auf die Kreishohlleitung übertragen. Es ist die weist. Die Ringflächen 15 sind nach Art ineinander- Ausführung einer Verzweigung in Parallelschaltung gestellter Topfböden angeordnet. Die zur jeweiligen möglich, die darüber hinaus kontinuierlich regelbar Koaxialleitung gehörenden Abstandsringe 16 sind je- 45 gestaltet werden kann. Bild 4 zeigt einen in dieser weils fest mit den Ringflächen 15 verbunden. Die zu- Weise mit einem regelbaren Leistungsteiler ausgegehörigen Rohre sind wiederum nur so weit in die rüsteten Mehrfachhornstrahler. Während beim Strah-Abstandsringe hineingeschraubt, daß ein ringförmiger ler nach F i g. 3 die öffnung an der der Spitze zuge-Spalt verbleibt. Bei der ersten umgebenden Koaxial- gewandten Seite der Kegelstumpfmäntel den gleichen leitung 2 erfolgt die Einspeisung analog der Fig. 1 5° Radius Λ hat wie der speisende Hohlleiter 22, besitdurch einen ringförmigen Koppelschlitz 23 zwischen zen hier die Kegelstumpfmäntel voneinander verdem inneren Hohlleiter 1 und der die erste um- schiedene öffnungen mit den Radien
gebende Koaxialleitung2 abschließenden Ringfläche r <r <r < <r —A
15. Bei den übrigen umgebenden Koaxialleitungen er- ^{1 2 3} '"' ^m
gibt sich durch den Abstand benachbarter Ring- 55 wobei A der Radius des speisenden Hohlleiters 22 ist. flächen jeweils ein Radial-Wellenleiter 20, der wie- Die Energieteilung ist hier in erster Linie durch das deram durch das mehr oder weniger tiefe Hinein- Verhältnis der Radien r_x.. .r_m gegeben, wobei der schrauben der Rohre in die Abstandsringe 16 ein- Wellentyp berücksichtigt werden muß, und erst in gestellt werden kann. Da jeder Radial-Wellenleiter zweiter Linie durch die Spaltbreite, die Geometrie am Speiserohr 22 bzw. seiner durch die ineinander- 60 der durch die Kegelstumpfmäntel gebildeten Hohlgeschachtelten Ringflächen 15 gegebenen Verlange- leiter und die Radien der Koaxialleitungen, welche rung endet, ergibt sich eine Parallelverzweigung von die Apertur bilden.
Radial-Wellenleitem zu den Koaxialleitungen. Die Breite jedes Ringschlitzes kann in den Anord-

Bei der Parallelschaltung nach Fig. 2 ergibt sich nungen nach Fig. 2 bis 4 auf Null verringert werden,

eine scharfer rechtwinkliger Übergang vom Speiserohr 65 so daß sich jeder sperren läßt, ohne daß andere be-

22 zu den Radialwellenleitern 20. Um die hierdurch ''■· , einträchtigt werden.

entstehenden Reflexionen auszuschalten, bildet man il Führt man dem Leistungsteiler der erfindungs-

die Ringflächen 15 als Kegelstumpfmäntel aus. (gemäßen Mehrfachhornstrahleranordnung über den

Polarisationswandler eine zirkulär polarisierte Welle zu, so entsteht in der Apertur eine im zeitlichen Mittel rotationssymmetrische Belegung, die ein vollkommen rotationssymmetrisches Strahlungsdiagramm zur Folge hat. Verzichtet man auf den Polarisationswandler und führt dem Leistungsteiler eine linear polarisierte Welle zu, so ist das Strahlungsdiagramm nicht mehr rotationssymmetrisch.

Die Verstellbarkeit der Rohre des erfindungsgemäßen Mehrfachhomstrahlers in axialer Richtung kann außer durch Gewinde auch durch einen Gleitsitz der Rohre in den Abstandsringen bzw. über den Abstandsringen erzielt werden, wobei der Gleitsitz nach erfolgter Einstellung selbstverständlich durch bekannte Mittel gegen unbeabsichtigtes Verstellen gesichert werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 540/443

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter Apertur, bestehend aus einem inneren Hohlleiter und diesen koaxial umgebenden Rohren, von denen jedes mit dem nächst inneren Rohr bzw. inneren Hohlleiter eine Koaxialleitung bildet, wobei für alle Leitungen ein gemeinsames mit dem inneren Hohlleiter fluchtendes Speiserohr vorgesehen ist und in die Koaxialleitungen, deren Querschnitt ausfüllende Ringe aus verlustfreien dielektrischen Stoffen mit einer solchen Dicke eingebracht sind, daß sich in der Apertur die gewünschte Phasenverteilung ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zylindrisch sind und die Koaxialleitungen (2 ... 6) über Ringschlitze (23) gespeist sind, die durch eine Trennfuge zwischen dem der Apertur abgewandten Ende des den Innenleiter der jeweiligen Koaxialleitung bildenden Rohres und einer die Koaxialleitung abschließenden für den inneren Hohlleiter (1) eine öffnung frei lassenden Ringfläche (15) gebildet sind und durch welche Ringschlitze (23) jede Koaxialleitung mit der nächstinneren Koaxialleitung (S ... 2) bzw. dem nächstinneren Hohlleiter (1) gekoppelt ist, wobei nur eine einzige, alle Koaxialleitungen gemeinsam abschließende Ringfläche (15) vorhanden ist (Serienspeisung der Koaxialleitungen), und daß die Breite der Ringschlitze (23) dadurch einstellbar ist, daß die Rohre, mit Ausnahme des äußeren Rohres, in axialer Richtung verstellbar sind.

2. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler mit in konzentrische Ringzonen unterteilter Apertur, bestehend aus einem inneren Hohlleiter .und diesen koaxial umgebenden Rohren, von denen jedes mit dem nächst inneren Rohr bzw. inneren Hohlleiter eine Koaxialleitung bildet, wobei für alle Leitungen ein gemeinsames mit dem inneren Hohlleiter fluchtendes Speiserohr vorgesehen ist und in die Koaxialleitungen deren Querschnitt ausfüllende Ringe aus verlustfreien dielektrischen Stoffen mit einer solchen Dicke eingebracht sind, daß sich in der Apertur die gewünschte Phasenverteilung ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zylindrisch sind und die koaxialleitungen (2 ... 6) über Ringschlitze (23) gespeist sind, die durch eine Trennfuge zwischen dem der Apertur abgewandten Ende des den Innenleiter der jeweiligen Koaxialleitung (2 ... 6) bildenden Rohres und einer die Koaxialleitung abschließenden für den inneren Hohlleiter (1) eine Öffnung frei lassenden Ringfläche (15) gebildet sind und durch welche Ringschlitze (23) die innere Koaxialleitung (2) mit dem inneren Hohlleiter (1) und die übrigen Koaxialleitungen (3 ... 6) jeweils mit einer innen an das Speiserohr (3 ... 6) jeweils mit einer innen an das Speiserohr angekoppelten Radialleitung (20) gekoppelt sind, wobei jede Koaxialleitung (2... 6) eine eigene, abschließende Ringfläche (15) aufweist und jeweils zwei benachbarte Ringflächen (15) in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß hierdurch die genannte Radialleitung (20) gebildet ist (Parallelspeisung der Koaxialleitungen), und daß die Breite der Ringschlitze (23) dadurch einstellbar ist, daß die Rohre, mit Ausnahme des äußeren Rohres, in' axialer Richtung verstellbar sind.

3. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstellbaren Rohre an ihrem Einspeisungsende mit einem Außengewinde versehen und in je einen mit Innengewinde (21) versehenen Abstandsring (16) aus verlustfreiem dielektrischem Material hineingeschraubt sind (Fig. I).

4. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle den inneren Hohlleiter (1) umgebenden Rohre an ihrem Einspeisungsende mit einem Innengewinde versehen und über je einen mit Außengewinde versehenen Abstandsring aus verlustfreiem dielektrischem Material geschraubt sind.

5. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohren Ab- C Standsringe (16) angeordnet sind und die axiale Verstellbarkeit der Rohre durch einen Gleitsitz der Rohre in bzw. über den Abstandsringen (16) erzielt ist, wobei der Gleitsitz durch bekannte Mittel gegen unbeabsichtigte Verstellung gesichert ist.

6. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach den Ansprüchen 3 bis 5 in deren Rückbeziehung auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsringe (16) an der jeweils zugeordneten Ringblende befestigt sind.

7. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen auf den Mantelflächen von Kegeln liegen, deren Achsen mit der Achse der Koaxialleitungen zusammenfällt und deren Spitzen in Richtung auf das Speiserohr (22) weist.

8. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der öffnungen der Ringflächen (15) von der die innere Koaxiallei- C tung (2) abschließenden Ringfläche bis zu der die äußere Koaxialleitung (6) abschließenden Ringfläche in Stufen zunehmen und mit Ausnahme des Durchmessers bei der zuletzt genannten Ringfläche kleiner als der Innendurchmesser des der Apertur zugewandten Endes des Speiserohrs (22) gewählt sind (Fig. 4).

9. Rotationssymmetrischer· Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Ringe (18) nach dem Verhältnis 1:2:2:5 gewählt ist und die gewünschte Phasenverschiebung durch entsprechende Kombination der gestuften Dicken dargestellt ist.

10. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der dielektrischen Ringe (18) je eine ringförmige Viertelwellenlängenplatte (17) angebracht ist, deren Dielektrizitätskonstante gleich der Wurzel aus den Dielektrizitätskonstanten der anstoßenden Medien ist.

11. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Dielektrizitätskonstante der ringförmigen Viertelwellenlängenplatte (17) durch

eine siebartige Durchlöcherung des Dielektrikums auf den gewünschten Wert gebracht ist.

12. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aus dielektrischem Material bestehenden Abstandsringe (16) gleich einer halben Hohlleiterwellenlänge ist.

13. Rotationssymmetrischer Mehrfach-Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Speiserohr (22) ein Polarisationswandler in Gestalt einer Viertelwellenlängenplatte (11,12) angeordnet ist.