DE1803792C3

DE1803792C3 - Dielectric antenna and its use in a reflector antenna system

Info

Publication number: DE1803792C3
Application number: DE19681803792
Authority: DE
Inventors: Heinz 8870 Günzburg; Rupp Alois Dipl.-Ing. 7900 Ulm Brunner
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Filing date: 1968-10-18
Publication date: 1977-01-27

Description

Die Erfindung betrifft eine dielektrische Antenne und deren Verwendung in einem Reflektorantennen system.The invention relates to a dielectric antenna and its use in a reflector antenna system.

Dielektrische Antennen sind durch verschieden«Dielectric antennas are different "

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»iteraturstellen bekannt, beispielsweise durch das Buch von Kühn »Mikrowellen-Antennen«, 1964, Seite 602ff,das Buch »Antennas« von Ki aus, 195o' Seite 404ff, das Buch »Antennas« vonSchelkunoff und Friis, 1952, Seite 533ff, und das Buch »Microwave Antennas« von Fradin, 1961, Seite 511ff. Diese bekannten dielektrischen Antennen besitzen üblicherweise einen Speisehohlleiter, in den sie mit ihrem speisessitigen Ende hineinragen und dessen Innenwände zumindest einen vorgegebenen Abschnitt ihres hineinragenden Endes dicht umschließen. Vorzugsweise ist ihr in den Speisehohlleiter hineinragendes Ende zwecks Anpassung spitz auslaufend, was man bekanntlich häufig auch als getapert bezeichnet. Diese bekannten Antennen sind beispielsweise stielförmig, zylinderförmig, rohrförmig oder nach Art eines Hornstrahlers mit Wänden aus einem dielektrischen Material aufgebaut. Die bezüglich ihrer Längsachse rotationssymmetrischen Reflektoren dieser bekannten dielektrischen Antennen liefern im wesentlichen rotationssymmetrische Richtdiagramme, deren Rotationssymmetrie in der Praxis jedoch häufig zugunsten einer anderen gewünschten Form des Richtdiagramms unerwünscht ist. Die nach Art eines Hornstrahlers aufgebaute bekannte dielektrische Antenne verhält sich im Prinzip wie ein metallischer Hornstrahler und weist dessen prinzipiellen Nachteil auf, um so größere räumliche Abmessungen besitzen zu müssen, je schärfer sein Richtdiagramm gebündeh sein soll.»Iterative passages known, for example through the Kühn's book "Microwave Antennas", 1964, page 602ff, the book "Antennas" from Ki, 195o ' Page 404ff, the book "Antennas" by Schelkunoff and Friis, 1952, page 533ff, and the book »Microwave Antennas «by Fradin, 1961, page 511ff. These known dielectric antennas have usually a feed waveguide, into which they protrude with their dining end and its inner walls at least a predetermined portion of its protruding end tightly enclose. Preferably its end protruding into the feed waveguide is tapered for the purpose of adaptation, what is known to be often referred to as tapered. These known antennas are, for example, stem-shaped, cylindrical, tubular or in the manner of a horn antenna with walls made of a dielectric Material built up. The reflectors of these, which are rotationally symmetrical with respect to their longitudinal axis known dielectric antennas provide essentially rotationally symmetrical directional diagrams, their rotational symmetry in practice, however, often in favor of another desired shape of the Directional diagram is undesirable. The known dielectric antenna constructed in the manner of a horn antenna behaves in principle like a metallic horn antenna and has its principal disadvantage in order to have to have larger spatial dimensions, the sharper the directional diagram bundled should be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Richtantenne anzugeben, deren zu ihrer Längsachse senkrechten Abmessungen umgekehrt proportional einer erhöhten Bündelungsschärfe ihres Richtdiagramms ist. Mit der erfindungsgemäßen Antenne sollen bei ihrer Verwendung als Radarantenne möglichst hohe Unterdrückungsgrade für Regenechosignale bei Anwendung zirkularer oder elliptisch polarisierten Wellen erzielbar sein, wobei die Achslage der Ellipse frei wählbar sein soll und die Form und Größe des Richtdiagramms der Antenne mögllichst wenig beeinflussen soll. Außerdem soll sich die erfindungsgemäße Antenne durch möglichst kleine Nebenzipfel ihres Richtdiagramms auszeichnen.The invention is based on the object of specifying a directional antenna whose longitudinal axis vertical dimensions inversely proportional to an increased focus of their directional diagram is. The antenna according to the invention is intended to be used as a radar antenna as much as possible high levels of suppression for rain echo signals when using circular or elliptically polarized signals Waves can be achieved, the axis position of the ellipse should be freely selectable and the shape and size of the Should influence the directional diagram of the antenna as little as possible. In addition, the inventive Identify the antenna by the smallest possible side lobes of its directional diagram.

Die Erfindung geht aus von einer durch die GB-PS 808941 bekannten dielektrischen Antenne mit einem Speisehohlleiter, in den das speiseseitige Ende dieser Antenne hineinragt und dessen Innenwände einen vorgegebenen Abschnitt ihres hineinragenden Endes dicht umschließen. Diese dichte Umschließung ist einerseits aus mechanischen Gründen zur Halterung der dielektrischen Antenne zweckmäßig, andererseits ist hierdurch eine möglichst verlustlose und das Richtdiagramm der Antenne nicht nachteilig beeinflussende Speisung der Antenne möglich. Der außerhalb des Speisehohlleiters befindliche Teil dieser Antenne ist in Richtung zu deren strahlungsseitigen Ende pyramidenförmig erweitert.The invention is based on a dielectric antenna known from GB-PS 808941 with a Feed waveguide, into which the feed-side end of this antenna protrudes and its inner walls a tightly enclose predetermined section of its protruding end. This tight enclosure is on the one hand expedient for mechanical reasons for holding the dielectric antenna, on the other hand as a result, it is as lossless as possible and does not adversely affect the directional diagram of the antenna The antenna can be fed. The part of this antenna that is outside of the feed waveguide is expanded pyramidal in the direction of the radiation-side end.

Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist diese bekannte Antenne allerdings nicht geeignet. Sie erzeugt ein etwa halbkugelförmiges, um die verlängerte Längsachse ihres Speisehohlleiters rotationssymmetrisches Diagramm. Ihr Speisehohlleiter besitzt einen runden Querschnitt, d. h. er ist ein Rundhohlleiter. Der dielektrische Körper der Antenne ist rotationssymmetrisch und annähernd T-förmig, wobei sich der überwiegende Teil des Stammes des T innerhalb und der Kopf des T außerhalb des Speisehohlleiters befinden. Der Kopf des T ist der strahlende Teil der Antenne; er ist an seiner Frontseite konkav ausgebildet. Speist man diese Antenne über ihren Speisehohlleiter mit einer zirkularpolarisierten Welle, so ist das Antennen-Fernfeld nur im Zenith der Antennen-Charakteristik zirkulär polarisiert; in der Ebene senkrecht zur Hohlleiterachse erhält man Linearpolarisation, während zwischen diesen Grenzen die Wellen unterschiedlich stark ausgeprägt elliptisch polarisiert sind.However, this known antenna is not intended to solve the problem on which the invention is based suitable. It creates an approximately hemispherical shape that is rotationally symmetrical about the elongated longitudinal axis of its feed waveguide Diagram. Your feed waveguide has a round cross-section, i. H. it is a circular waveguide. The dielectric body of the antenna is rotationally symmetrical and approximately T-shaped, whereby The predominant part of the trunk of the T is inside and the head of the T outside of the feed waveguide condition. The head of the T is the radiating part of the antenna; it is concave on its front side. If this antenna is fed with a circularly polarized wave via its feed waveguide, then it is the antenna far field is only circularly polarized at the zenith of the antenna characteristic; in the plane Linear polarization is obtained perpendicular to the waveguide axis, while the waves between these limits are elliptically polarized to different degrees.

Die Erfindung besteht bei einer dielektrischen Antenne derjenigen Art, die vorstehend als Ausgangspunkt der Erfindung angegeben ist, darin, daß das strahlungsseitige Ende der Antenne kugelkalotten-The invention consists in a dielectric antenna of the type set out above as a starting point the invention is specified in that the radiation-side end of the antenna spherical cap

¹S förmig abgeschlossen ist, daß die die Pyramidenform bestimmenden Winkel in Abhängigkeit von dem gewünschten Richtdiagramm der Antenne gewählt sind und daß der Radius der Kugelkalotte derart gewählt ist, daß im Falle der Ausstrahlung der elektromagnetisehen Wellen zumindest im winkelmäßigen Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der Wellen entsteht. ¹ S-shaped, that the angles determining the pyramid shape are selected as a function of the desired directional diagram of the antenna and that the radius of the spherical cap is selected such that in the case of the emission of the electromagnetic waves, at least in the angular main radiation range of the far radiation field, it is approximately spherical propagating phase front of the waves arises.

Durch Wahl entsprechender LängsabmessungenBy choosing the appropriate lengthways dimensions

der erfindungsgemäßen Antenne ist deren Bündelungsfähigkeit zusätzlich beeinflußbar, wobei in der Regel eine größere Längsausdehnung außerhalb des Speisehohlleiters eine schärfere Bündelung des Richtdiagramms bewirkt.of the antenna according to the invention, its bundling ability can also be influenced, with the As a rule, a larger longitudinal extension outside the feed waveguide results in a sharper bundling of the directional diagram causes.

Besonders vorteilhaft verweuubar ist die erfindungsgemäße Antenne als Primärantenne eines zum Ausstrahlen und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen geeigneten Reflektorantennensystems, vorzugsweise eines Radar-Reflektorantennensystems. Der Reflektor eines solchen Systems stellt hierbei die von der Primärantenne »ausgeleuchtete« Sekundärantenne dar, wobei mit Ausleuchten die Belegung der Reflektorapertur durch die Strahlungsenergie der Primärantenne bezeichnet ist. Bei dieser vorteilhaften Anwendung der erfindungsgemäßen Antenne sind die Ausrichtung der Antenne, ihre Lage bezüglich des Brennpunktes bzw. der Brennlinie des Reflektors und die die Pyramidenform der Antenne bestimmenden Winkel sowie der Radius der Kugelkalotte einerseits und die Reflektoreigenschaften des Reflektors andererseits in Abhängigkeit von dem jeweils großen-, phasen- und richtungsmäßig gewünschten Fernfeld-Richtdiagramm des Reflektorantennensystems gewählt. Bei der Wahl der Reflektoreigenschaften geht bekanntlich maßgeblich die effektive Form und Größe des Reflektors sowie seir Reflexionsvermögen ein, das vom Reflektormateria:The one according to the invention can be used particularly advantageously Antenna as a primary antenna for transmitting and / or receiving electromagnetic Waves suitable reflector antenna system, preferably a radar reflector antenna system. The reflector of such a system represents the secondary antenna "illuminated" by the primary antenna Occupancy of the reflector aperture is designated by the radiant energy of the primary antenna. At this advantageous application of the antenna according to the invention are the alignment of the antenna, its position with respect to the focal point or the focal line of the reflector and the pyramidal shape of the antenna determining angle and the radius of the spherical cap on the one hand and the reflector properties of the Reflector, on the other hand, depending on the size, phase and direction desired Far-field directional diagram of the reflector antenna system selected. When choosing the reflector properties As is well known, the effective shape and size of the reflector and seir are decisive Reflectivity a given by the reflector material:

und der Reflektoroberflächenbeschaffenheit abhängt Häufig ist der Reflektor bezüglich seiner Eigen· schäften vorgegeben, wenn die erfindungsgemäßc Antenne als Primärantenne innerhalb eines Reflek torantennensystems benutzt werden soll. Dann wer den die Ausrichtung der Antenne, ihre Lage bezüglid des Brennpunktes bzw. der Brennlinie des Reflektors die die Pyramidenform der Antenne bestimmender Winkel und der Radius der Kugelkalotte in Abhän gigkeit von der Reflektorausleuchtung gewählt, dii zum Erzeugen des jeweils großen-, phasen- und rieh tungsmäßig gewünschten Fernfeld-Richtdiagramm!and the nature of the reflector surface often depends on the reflector with regard to its properties shafts given when the antenna according to the invention is used as a primary antenna within a reflect gate antenna system is to be used. Then who the alignment of the antenna, its position with respect to the focal point or the focal line of the reflector the angle that determines the pyramid shape of the antenna and the radius of the spherical cap in dependence eligibility of the reflector illumination chosen to generate the respective large, phase and rieh desired far-field directional diagram!

des Reflektorantennensystems erforderlich ist.of the reflector antenna system is required.

Als Material für die erfindungsgemäße Antenn< findet vorzugsweise ein solches mit einer relativen Di elektrizitätskonsianten Verwendung, die größenordThe material used for the antenna according to the invention is preferably one with a relative diameter electricity consianten use that order of magnitude

nungsmäßig zwischen 1,1 und 10 liegt, vorzugsweise bei 1,4.voltage is between 1.1 and 10, preferably at 1.4.

Ais Primärantennensystem findet die erfindungsgemäße Antenne in einem derartigen Reflektorantennensystem ganz besonders vo^rtcilhafte Verwendung, dessen Fernfeld-Richtdiagramm in der Vertikalebene aus einer Mehrzahl von vertikalen Elementar-Richtdiagrammen zusammengesetzt ist. Meist ist die azimutale Hauptrichtung dieser Elementar-Richtdiagramme gleich. Jedem dieser Elementar-Richtdiagramme ist innerhalb des Primärantennensystems dieses Reflektorantennensystems eine getrennte dielektrische Antenne gemäß der Erfindung zugeordnet. Hierbei sind die einzelnen erfindungsgemäßen Antennen übereinander angeordnet und leuchten in getrennter Zuordnung zu den vertikalen Elementar-Richtdiagrammen den Reflektor bzw. vorgegebene Zonen desselben aus, wobei durch Wahl der Reflektoreigenschaften das Fernfeld-Richtdiagramm zusätzlich im voraus beeinflußbar ist.Ais primary antenna system, the antenna according to the invention takes place in such a reflector antenna system with very particular vo ^r tcilhafte use, the far-field radiation pattern is composed in the vertical plane of a plurality of elementary vertical polar diagrams. The main azimuthal direction of these elementary directional diagrams is usually the same. A separate dielectric antenna according to the invention is assigned to each of these elementary directional diagrams within the primary antenna system of this reflector antenna system. Here, the individual antennas according to the invention are arranged one above the other and illuminate the reflector or its predetermined zones in separate assignment to the vertical elementary directional diagrams, with the far-field directional diagram also being able to be influenced in advance by selecting the reflector properties.

Ein Antennensystem dieser Art, wenn auch ohne Reflektor, ist zum Energievergleichspeilen mittels zweier dielektrischer Stielstrahler beispielsweise aus Bild 133 auf Seite 151 des Buches »Impulsfreie elektrische Rückstrahlverfahren« von F. von Rautenfeld, 1957, bekannt. Diese bekannte Antenne besitzt ein Paar dielektrischer Antennen mit einer jeweiligen Halbwertsbreite ihres Richtdiagramms von etwa ± 15° und einer gegeneinander beispielsweise in der Elevationsebene versetzten Hauptrichtung ihrer einzelnen Richtdiagramme von etwa 30'.An antenna system of this type, even if without a reflector, is used for energy comparison purposes two dielectric rod radiators, for example, from Fig. 133 on page 151 of the book »Impulse-free electrical Rückstrahlverfahren «by F. von Rautenfeld, 1957, known. This known antenna possesses a pair of dielectric antennas with a respective half width of their directional diagram of about ± 15 ° and one of their individual main directions offset from one another, for example in the elevation plane Directional diagrams of about 30 '.

Der überragende Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne in einem Reflektorantennensystem mit verschieden gerichteten Elementar-Richtdiagrammen gegenüber dem Stande der Technik liegt in der Möglichkeit, die Hauptrichtungen zueinander benachbarter Elementar-Richtdiagramme sehr erheblich kleiner wählen zu können als es bisher realisierbar war. Beispielsweise läßt sich ein Differenzwinkel benachbarter Elementar-Richtdiagramme durch diese Weiterbildung der Erfindung von 2,4° und gegebenenfalls noch kleiner realisieren.The overriding advantage of using the antenna according to the invention in a reflector antenna system with differently directed elementary directional diagrams compared to the state of the art lies in the possibility of the main directions to each other To be able to choose neighboring elementary directional diagrams to be much smaller than was previously possible was. For example, a difference angle between adjacent elementary directional diagrams can be passed through realize this development of the invention of 2.4 ° and possibly even smaller.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das strahlungsseitige Ende der Antenne kugelkalottenförmig abgeschlossen. Hierin stimmt sie mit einer durch die US-PS 2611869 (Fig. 9) bekannten Antenne überein; diese bekannte Antenne unterscheidet sich jedoch in vielen anderen Merkmalen wesentlich von der erfindungsgemäßen Antenne in konstruktiver und einsatzmäßiger Hinsicht. Es handelt sich bei ihr um einen metallischen Hornstrahler, der völlig mit einem Dielektrikum gefüllt ist, dessen relative Dielektrizitätskonstante bei etwa 80 liegt (diejenige der erfindungsgemäßen Antenne ist vorzugsweise zwischen 1,1 und 10 gewählt). Dieses Dielektrikum ragt konvex (kugelkalottenförmig) aus der Apertur des Hornstrahlers heraus und beeinflußt dadurch wie eine Linse die Strahlungseigenschaften des Hornstrahlers: weil die metallischen Seitenflächen des Hornstrahlers eine Energieführung längs und außerhalb der Seitenflächen des Dielektrikums verhindern, bleibt dieser jedoch trotzdem eine Aperturantenne, während die erfindungsgemäße Antenne ein speziell ausgebildeter Längsstrahler ist und somit ein grundsätzlich anderer Antennentyp. Dieser Hornstrahler ist für Zirkularpolarisation ohne zusätzliche, nich·. in der US-PS 2611 869 erwähnte Maßnahmen ungeeignet, da be kanntlich die metallischen Wände eines Trichters polarisationsabhängige Antennendiagramme in den ver schiedenen Ebenen bewirken.According to one feature of the invention, the radiation-side end of the antenna is closed in the shape of a spherical cap. Here it corresponds to an antenna known from US Pat. No. 2,611,869 (FIG. 9); However, this known antenna differs in many other features significantly from the antenna according to the invention in terms of construction and use. It is a metallic horn which is completely filled with a dielectric whose relative dielectric constant is about 80 (that of the antenna according to the invention is preferably selected between 1.1 and 10). This dielectric protrudes convexly (spherical cap-shaped) out of the aperture of the horn antenna and thus influences the radiation properties of the horn antenna like a lens: because the metallic side surfaces of the horn antenna prevent energy from being carried along and outside the side surfaces of the dielectric, it nevertheless remains an aperture antenna, while the The antenna according to the invention is a specially designed longitudinal radiator and thus a fundamentally different antenna type. This horn antenna is for circular polarization without additional, nich ·. in US-PS 2611 869 mentioned measures unsuitable, since be known to cause the metallic walls of a funnel polarization-dependent antenna diagrams in the various levels.

Auch sind zwei dieser Hornstrahler wegen ihrei Abmessungen nicht so eng benachbart wie zwei erfin· dungsgemäße Antennen einsetzbar, obwohl ein gerin ger gegenseitiger Abstand, wie weiter unten an Hanc der Fig. 2a und 2b näher erläutert ist, häufig erfor derlich ist, wobei man berücksichtigen muß, daß da; Phasenzentrum des Hornstrahlers etwa in der Mitte seiner großflächigen Apertur und dasjenige der erfin dungsgemäßen Antenne etwa in der kleinflächiger öffnung des Speisehohlleiters liegt.Also, two of these horn antennas are because of theirs Dimensions cannot be used as closely adjacent as two antennas according to the invention, although a small one ger mutual distance, as explained in more detail below in Hanc of FIGS. 2a and 2b, is often required that is, taking into account that there; Phase center of the horn antenna roughly in the middle its large-area aperture and that of the antenna according to the invention approximately in the smaller area opening of the feed waveguide.

An Hand der Figuren werden im folgenden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und ihre:With reference to the figures, preferred embodiments of the invention and their:

'5 Weiterbildung im einzelnen beschrieben.'5 described further training in detail.

In Fig. la ist mit 1 der Horizontalschnitt durch der Reflektor einer Richtantenne bezeichnet, vor derr sich eine durch ein Kästchen 2 symbolisierte Primärantenne, bestehend aus zwei Antennen nach der Erfindung, befindet. Das azimutale Fernfeld-Richtdiagramm dieser Reflektorantenne ist keulenförmig unc mit 3 bezeichnet.In Fig. La is 1 with the horizontal section through the Reflector of a directional antenna, in front of which there is a primary antenna symbolized by a box 2, consisting of two antennas according to the invention. The azimuthal far-field directional diagram this reflector antenna is designated club-shaped unc with 3.

Fig. Ib zeigt einen Vertikalschnitt la durch der Reflektor der Antenne nach Fig. la. Der Vertikal-Fig. Ib shows a vertical section la through the reflector of the antenna according to Fig. La. The vertical

schnitt durch die vor dem Reflektor befindliche Primärantenne ist wiederum durch ein Kästchen 2 symbolisiert. Weiterhin zeigt die Fig. Ib zwei vertikale Elementar-Richtdiagramme 4 und 5, die sich teilweist einander überlappen und deren Differenzwinkel ihresThe section through the primary antenna located in front of the reflector is again symbolized by a box 2. Furthermore, Fig. Ib shows two vertical elementary directional diagrams 4 and 5, which are divided overlap each other and their angle of difference is theirs

Hauptrichtungen mit ε bezeichnet ist. Das vertikale Richtdiagramm 4 ist vorzugsweise keulenförmig unc das vertikale Elementar-Richtdiagramm 5 vorzugsweise cosec^-förmig, wie es in Fig. Ib gezeigt ist. Eine Antenne mit den azimutal übereinstimmenden Elementar-Richtdiagrammen nach Fig. la und den vertikalen Elementar-Richtdiagrammen 4 und 5 nach Fig. 1 b findet bevorzugt als Radarantenne Verwendung. Hierbei muß allerdings der Winkel ε in dei Praxis wesentlich kleiner als gezeigt gewählt werdenMain directions are denoted by ε. The vertical directional pattern 4 is preferably club-shaped and the vertical elementary directional pattern 5 is preferably cosec ^ -shaped, as shown in Fig. Ib. An antenna with the azimuthally matching elementary directional diagrams according to FIG. 1 a and the vertical elementary directional diagrams 4 and 5 according to FIG. 1 b is preferably used as a radar antenna. In this case, however, the angle ε must be chosen to be significantly smaller than shown in practice

beispielsweise 2,4°.for example 2.4 °.

Hornstrahler sind als Primärantennen einer Antenne nach Fig. la und Ib bei einem derart kleinen geforderten Winkel ε nicht verwendbar. Dies geht aus Fig. 2a hervor, die die Draufsicht auf die AperturerHorn antennas are as primary antennas of an antenna according to Fig. La and Ib in such a small one required angle ε cannot be used. This can be seen from Fig. 2a, which shows the top view of the aperture

zweier in der Vertikalebene übereinander angeordneter Hornstrahler 6 und 7 mit einem gegenseitigen Abstand ihrer Phasenzentren von α, zeigt. Dieser Abstand O₁ ist bei der erforderlichen Bündelungsschärfe der Primärdiagramme der einzelnen Hornstrahler und damit bei deren physikalisch bedingten recht großershows two horn radiators 6 and 7 arranged one above the other in the vertical plane with a mutual spacing of their phase centers of α. This distance O ₁ is quite large given the required focus of the primary diagrams of the individual horn antennas and thus with their physically conditioned ones

Abmessungen nicht so klein zu wählen wie er gemä£ Dimensions should not be chosen as small as according to £

Fig. 2b sein müßte, wo der erwünschte gegenseitigeFig. 2b should be where the desired mutual Abstand der Phasenzentren mit a₂ bezeichnet ist.The distance between the phase centers is denoted by a _2.

Wie bereits in den Fig. la und Ib angedeutet, ist As already indicated in Fig. La and Ib, is

der mit 1 und la bezeichnete Reflektor zum Erzeuger der verschieden geformten Elementar-Richtdiagramme 4 und 5 nicht rotationssymmetrisch, sondern in verschiedenen Schnittebenen unterschiedlich gekrümmt, wie es bei der Erzeugung nicht rotationssym-the reflector designated by 1 and la to the producer of the differently shaped elementary directional diagrams 4 and 5 are not rotationally symmetrical, but Curved differently in different cutting planes, as is the case with the generation of non-rotationally symmetrical

metrischer Richtdiagramme mittels Reflektorantennen an sich bekannt ist.metric directional diagrams by means of reflector antennas is known per se.

Der Erfindung liegt als wesentliche und der.Fig. 2b entnehmbare Erkenntnis zugrunde, daß bei der Reflektorantenne nach Art der in Fig. la und 1 b gezeig-The invention is as essential and der.Fig. 2b based on knowledge that in the reflector antenna of the type shown in Fig. La and 1b

ten als Primärantenne eine solche verwendet werden muß, deren den einzelnen Elementar-Richtdiagrammen zugeordneten Antennen 8 und 9 sich hinsichtlich Bündelung und Abmessung nicht verhalten wie Horn-can be used as the primary antenna must, whose antennas 8 and 9 assigned to the individual elementary directional diagrams differ with regard to Bundling and dimensioning do not behave like horn

strahler (Fig. 2a), sondern umgekehrt wie Hornstrahler (Fig. 2b). Bei den somit erforderlichen Strahlern (Fig. 2b) muß die kleinere Abmessung mit der schärferen Bündelung verknüpft sein.emitter (Fig. 2a), but vice versa as horn antenna (Fig. 2b). With the thus required Radiators (Fig. 2b) must have the smaller dimension be linked to the sharper bundling.

Die Fig. 3a und 3b zeigen in Seitenansicht (Fig. 3a) und in Draufsicht (Fig. 3b) eine erfindungsgemäße Antenne, von denen zur Lösung der Aufgabe, die an Hand der vorangehenden Figuren erläutert ist und in der Erzielung eines extrem kleinen Winkels ε besteht, zwei Stück als Primärantennen eines Reflektorantennensystems vorteilhaft verwendbar sind, dessen Reflektor in Fig. la und Ib mit 1 und la bezeichnet ist.FIGS. 3a and 3b show a side view (FIG. 3a) and a top view (FIG. 3b) of an inventive Antenna, one of which is used to solve the problem explained with reference to the preceding figures and consists in achieving an extremely small angle ε, two pieces as primary antennas one The reflector antenna system can advantageously be used, the reflector of which in Fig. La and Ib with 1 and la is designated.

Mit 10 ist in Fig. 3a und 3b der beim gezeigten Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt aufweisenden Speisehohlleiter der erfindungsgemäßen Antenne bezeichnet, in den sie mit ihrem speiseseitigen Ende, das spitz ausläuft, hineinragt und dessen Innenwände das hineinragende Ende der Antenne bis zum Beginn der Verjüngung dicht umschließen. Zum strahlungsseitigen Ende hin erweitert sich die dielektrische Antenne außerhalb ihres Speisehohlleiters pyramidenförmig. In F ig. 3 a sind die Begrenzungslinien des vertikalen Schnitts dieser Pyramide mit 12 bis 14 bezeichnet, von denen die lediglich gedachte Linie 14 gestrichelt gezeichnet ist. Der Spitzenwinkel des Vertikalschnitts dieser Pyramide ist in Fig. 3a mit α bezeichnet, während der Spitzenwinkel des Horizontalschnittes dieser Pyramide in Fig. 3 b mit β bezeichnet ist. Die sichtbaren und durchgezogen gezeichneten Begrenzungslinien einerseits und die lediglich denkbaren und gestrichelt gezeichneten Begrenzungslinien jeweils des Horizontalschnitts andererseits dieser Pyramide sind in Fig. 3b mit 15 bis 17 bezeichnet.With 10 in Fig. 3a and 3b the feed waveguide of the antenna according to the invention, which has a round cross-section in the embodiment shown, protrudes into which it protrudes with its feed-side end that tapers to a point and the inner walls of which the protruding end of the antenna tightly up to the beginning of the taper enclose. Towards the radiation-side end, the dielectric antenna expands in a pyramid shape outside its feed waveguide. In Fig. 3 a, the boundary lines of the vertical section of this pyramid are designated by 12 to 14, of which the merely imaginary line 14 is shown in dashed lines. The apex angle of the vertical section of this pyramid is denoted by α in FIG. 3a, while the apex angle of the horizontal section of this pyramid is denoted by β in FIG. 3b. The visible and solid boundary lines on the one hand and the only conceivable and dashed boundary lines of the horizontal section on the other hand of this pyramid are denoted by 15 to 17 in FIG. 3b.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antenne an ihrem strahlungsseitigen Ende kugelkalottenförmig abgeschlossen, wie es auch aus den Fig. 3c und 3b erkennbar ist. Der Radius r dieser Kalotte einer Kugel mit dem Mittelpunkt M ist derart gewählt, daß im Fall dler Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne als Sendeantenne zumindest in ihrem winkelmäßigen Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der elektromagnetischen Wellen entsteht. Mir r bzw. r" sind die jeweiligen Projektionen der Verbindungslinien des Mittelpunktes M mit den in die Zeichenebene projiziertep Begrenzungslinien 18 und 19 der Kugelkalotte bezeichnet. Die wahren Größen r' und r" sind identisch mit der Größe von r. Mit 21 ist die Begrenzungslinie der Kugelkalotte in der Zeichenebene bezeichnet. According to one feature of the invention, the antenna according to the invention is closed in the shape of a spherical cap at its radiation-side end, as can also be seen from FIGS. 3c and 3b. The radius r of this dome of a sphere with the center M is chosen such that when the antenna according to the invention is used as a transmitting antenna, at least in its angular main radiation area of the far radiation field, an approximately spherically propagating phase front of the electromagnetic waves is created. I r and r 'are the respective projections of the connecting lines of the middle point M with the projiziertep in the plane of the drawing boundary lines denoted 18 and 19 of the spherical cap. The real sizes of R' and R "are identical to the size of r. The boundary line of the spherical cap in the plane of the drawing is denoted by 21.

Ein in der Praxis besonders bewährtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den F ig. 3 a und 3 b, das für das X-Band (etwa 3 cm Wellenlänge) dimensioniert ist, weist folgende Dimensionierungen auf, die allerdings lediglich zum besseren Verständnis der Fig. 3 a und 3 bangegeben werden und nicht etwa einschränkend für die Erfindung gelten sollen:An embodiment of the invention according to FIGS. 3 a and 3 b, which is dimensioned for the X-band (about 3 cm wavelength), has the following dimensions, the however, only for a better understanding of FIGS. 3a and 3b are given and not in a restrictive way to apply to the invention:

« = 29°«= 29 °

β = 120° β = 120 °

' = 35 mm'= 35 mm

ft = 55 mm
c = 22,8 mm im Durchmesser.ft = 55 mm
c = 22.8 mm in diameter.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Weiterbildung der Erfindung, die als Primärantennensystem einer Reflektorant?«ne nach Fig. la und 1 b zum Erzeugen der darin genannten Fernfeldrichtdiagramme besonders vorteilhaft geeignet ist. Die ir; Fig. 4 gezeigten dielektrischen Antennen nach der Erfindung sind übereinander in einer gemeinsamen Vertikalebene angeordnet und den Elementarrichtdiagrammen 4 und 5 (Fig. Ib) getrennt zugeordnet.FIG. 4 shows an embodiment of a further development of the invention, which is used as a primary antenna system a reflector? «ne according to Fig. la and 1 b is particularly advantageously suitable for generating the far-field directional diagrams mentioned therein. The ir; Fig. 4 shown dielectric antennas according to the invention are one above the other in a common Arranged in the vertical plane and assigned separately to the elementary directional diagrams 4 and 5 (Fig. Ib).

Sie leuchten den nicht rotationssymmetrischen Reflektor in getrennten Zonen aus. Die beiden Antennen nachFig. 4 weisen Speisehohlleiter 22 und 23 runden Querschnitts auf, die zum antennenseitigen Ende hin in voneinander fortweisenden Richtungen um vorzugsweise gleiche Winkel abgeknickt sind und deren abgeknickte Teile mit 24 und 25 bezeichnet sind. Die Speisehohlleiter 22 und 23 sind in der gemeinsamen Vertikalebene der beiden Antennen parallel ausgerichtet und berühren sich gegenseitig; unter Umständen genügt es aber, daß sie lediglich benachbart zueinander sind. Sowohl die Antenne 26 als auch die Antenne 27 ist jeweils in gleicher Richtung wie dei zugehörige Speisehohlleiter abgeknickt, und ihre abgeknickten Enden sind mit 28 bis 31 bezeichnet, soweit sie in Fig. 4 sichtbar sind. Jeder der zwei Speisehohlleiter und jede der zwei Antennen sind vorzugsweise zu je einem Viertel des gesamten Abweichungswinkels φ abgeknickt (insgesamt zwei Knicke pro Strahler: einer im Hohlleiter, einer im Strahlerhals; eine weitere Abstufung ist zwar theoretisch denkbar, mechanisch aber nicht vorteilhaft), wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Dadurch ergibt sich eine nur geringfügige Beeinflussung der zirkulär polarisierten Welle, während bei anders ausgeführten Knicken eine kräftige Störung zu verzeichnen ist.They illuminate the non-rotationally symmetrical reflector in separate zones. The two antennas according to Fig. 4 have feeding waveguides 22 and 23 of round cross-section, which are bent toward the antenna-side end in directions pointing away from one another by preferably equal angles and the bent parts of which are denoted by 24 and 25. The feed waveguides 22 and 23 are aligned parallel in the common vertical plane of the two antennas and touch one another; under certain circumstances, however, it is sufficient that they are merely adjacent to one another. Both the antenna 26 and the antenna 27 are each kinked in the same direction as the associated feed waveguide, and their kinked ends are denoted by 28 to 31, as far as they are visible in FIG. Each of the two feed waveguides and each of the two antennas are preferably bent by a quarter of the total deviation angle φ (a total of two bends per radiator: one in the waveguide, one in the radiator neck; a further gradation is theoretically conceivable, but mechanically not advantageous), such as it is shown in FIG. This results in only a slight influence on the circularly polarized wave, while a strong disturbance is recorded in the case of differently executed kinks.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

£09 684 6£ 09 684 6

Claims

Patent claims:

1. Dielectric antenna with a feed waveguide, into which it protrudes with its feed-side end and the inner walls of which tightly enclose a predetermined section of its protruding end, and with a pyramid-shaped widening of the part of the antenna located outside the feed waveguide in the direction of the radiation-side end of the antenna , characterized in that the radiation-side end (21) of the antenna is closed in the shape of a spherical cap , that the vertical angles (α, β) determining the pyramid shape are selected as a function of the desired directional diagram of the antenna and that the radius (r) of the spherical cap is chosen such that in the case of the emission of the electromagnetic waves, at least in the angular main radiation area of the radiation far field, an approximately spherically propagating phase front of the waves arises (FIGS. 3a, 3b).

2. Antenna according to claim 1 when used as a primary antenna of a reflector antenna system suitable for emitting and / or receiving electromagnetic waves, the reflector of which represents the secondary antenna illuminated by the primary antenna and has reflector properties that depend on its effective shape and size and on its reflectivity , characterized in that the alignment of the antenna (2), its position with respect to the focal point or the focal line of the reflector (1, la), the angle (α, / 3) determining the pyramid shape of the antenna and the radius ( r) of the Spherical cap on the one hand and the reflector properties on the other hand are selected as a function of the respective size, phase and directional desired far field directional diagram of the reflector antenna system.

3. Antenna according to claim 2, characterized in that with given reflector properties, the orientation of the antenna (2), its position with respect to the focal point or the focal line of the reflector (1, la), the angle (α, β) which determine the pyramid shape of the antenna ) and the radius (r) of the spherical cap are selected as a function of the reflector illumination, which are required to generate the far-field directional diagram of the reflector antenna system that is desired in terms of size, phase and direction.

4. Antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material for the Antenna one with a relative dielectric constant between the order of magnitude 1.1 and 10 is selected, preferably 1.4.

5. Antenna according to one of claims 2 to 4, characterized by a plurality of them being used as primary antennas (2) in a reflector antenna system suitable for emitting and / or receiving electromagnetic waves and having a single reflector (I, la), whose far-field directional diagram ( 3, 4, S) in the vertical plane from the same plurality of vertical elementary directional

diagrams (4, 5) composed in such a way that the primary antennas run one above the other fenden horizontal planes (Fig. 2b) are arranged and in separate assignment to the vertica len elementary directional diagrams illuminate the reflection or parts of it.

6. Use of the antenna according to claim i in a single reflector (1, la) aufwei send reflector antenna system whose remote field direction diagram (3, 4, S) is composed of two elements tarricht diagrams (4, 5), dit on the one hand azimuthally uniform and in the same direction (Fig. 1a) and on the other hand, in the vertices running through the common azimuthal main direction of the two elementary directional diagrams, different elevation angles have their main directions and different shapes (Fig. 1b), in such a way that the two elementary directional diagrams ( 4, S) separately assigned primary antennas two similar antennas (Fig. 4) according to one of claims before 1 to 4 are provided that the longitudinal axis r of the two feed waveguides (22,23) of these two antennas towards or from the reflector (1 la) run parallel in a common vertical plane and these two feed waveguides touch each other ge or at least immediately adjacent si nd and that in the case that in the two longitudinal axes of the two feed waveguides common vertical plane, the target main direction direction of the primary directional diagrams at least one of the two antennas from the longitudinal direction of their associated feed waveguide by a predetermined angle (φ) in one of the the other direction facing away from the two antennas deviates, the associated feed waveguide and / or the antenna in question (if applicable, both feed waveguides and / or both antennas) in the transition area between the respective feed waveguide and its associated antenna - possibly with gradations - is kinked that the actual direction corresponds to the target direction of the primary directional diagram (Fig. 4).

7. Use of the antenna according to claim f in a lower club-shaped and an upper cosec ² -shaped vertical elementary directional diagram (Fig. Ib).

8. Antenna for use according to claim f or 7, characterized in that each dei two feed waveguides and each of the two antennas at a quarter of the specified angle, if necessary stepped - are bent away from each other in the vertical plane (28 bi: 31).

9. Antenna according to one of claims 1 to f and 8 or for use according to claim 6 odei 7, characterized in that the feed hollow conductor is a circular waveguide (10).