DE1910995B2 - Dielektrische antenne - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische Antenne mit einem Speisehohlleiter, in den sie mit ihrem speiseseitigen Ende hineinragt und dessen Innenwände einen vorgegebenen Abschnitt ihres hineinragenden Endes dicht umschließen, und mit einer in Richtung 711m stiahlungsseitigen Ende der Antenne hingerichteten pyramidenförmigen Erweiterung des außerhalb des Speisehohlleiters befindlichen Teils der Antenne. Eine Antenne dieser Art ist gemäß dem nicht vorveröffentlichten Hauptpatent 18 03 792 laut dessen Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsseitige Ende der Antenne kugelkalottenförmig 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 elektromagnetischen Wellen zumindest im winkelmäßigen Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der Wellen entsteht.

Gemäß Anspruch 5 des Hauptpatents ist diese Antenne vorteilhaft in einer Mehrzahl als Primärantenne in einem zum Ausstrahlen und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen geeigneten und einen einzigen Reflektor aufweisenden Reflektorantennensystern verwendbar, dessen Fernfeldrichtdiagramm sich in der Vertikalebene aus der gleichen Mehrzahl von vertikalen Elementarrichtdiagrammen zusammensetzt, in der Weise, daß die Primärantennen in übereinander verlaufenden Horizontalebenen angeordnet sind und in getrennter Zuordnung zu den vertikalen Elementarrichtdiagrammen den Reflektor oder Teile desselben ausleuchten.

Diese Verwendung in einem Reflektorantennensystem, dessen Fernfeldrichtdiagramm sich aus zwei Elementarrichtdiagrammen zusammensetzt — die einerseits azimutal gleichförmig und gleichgerichtet sind und andererseits in der durch die gemeinsame azimutale Hauptrichtung der zwei Elementarrichtdiagramme verlaufenden Vertikalebene unterschiedliche Elevationswinkel ihrer Hauptrichtungen und unterschiedliche Formsn aufweisen - erfolgt gemäß Anspruch 6 des Hauptpatents zweckmäßig in der Weise, daß als die zwei den zwei Elementarrichtdiagrammen getrennt zugeordneten Primärantennen zwei gleichartige Antennen mit den Merkmalen der Erfindung gemäß dem Hauptpatent vorgesehen sind, daß die Längsachsen der zwei Speisehohlleiter dieser zwei Antennen in Richtung zum bzw. vom Reflektor in einer gemeinsamen Vertikalebene parallel verlaufen und diese zwei Speisehohlleiter sich gegenseitig berühren oder zumindest unmittelbar benachbart sind und daß in dem Falle, daß in der den zwei Längsachsen der zwei Speisehohlleiter gemeinsamen Vertikalebene die Soll-Hauptrichtung der primären Richtdiagramme zumindest einer der zwei Antennen von der Längsrichtung ihres zugehörigen Speisehohlleiters um einen vorgegebenen Winkel in einer von der anderen der zwei Antennen fortweisenden Richtung abweicht, der zugehörige Speisehohlleiter und/oder die in Frage kommende Antenne (gegebenenfalls beide Speisehohlleiter und/oder beide Antennen) im Übergangsgebiet zwischen dem jeweiligen Speisehohlleiter und seiner zugehörigen Antenne - gegebenenfalls mit Abstufungen — derart abgeknickt ist, daß die Ist- mit der Soll-Richtung des primären Richtdiagramms übereinstimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Antenne gemäß dem Hauptpatent weiterzubilden.

Hierzu gibt der Stand der Technik, der z. B. durch die US-PS 34 14 903 gegeben ist, keine Anregung. Durch diese Vorveröffentlichung ist eine dielektrische Richtantenne bekannt, die aus einem Speisehohlleiter in Form beispielsweise eines Hornstrahlers mit rundem Querschnitt besteht, in dessen öffnung ein Kegelkörper aus einem Dielektrikum (relative Dielektrizitätskonstante beispielsweise gleich 1,02) mit seiner Spitze hineinragt, wobei der Hornstrahleröffnungswinkel und der Kegelspitzwinkel (im Beispielsfall gleich 13°) gleich und derart gewählt sind, daß einerseits die Hornstrahlerinnenwände den hineinragenden Teil des Kegelkörpers dicht umschließen und daß andererseits der Flächenwirkungsgrad (Apertur-Effizienz) der Antenne möglichst hoch wird, im Idealfal! nämlich 100%. Die strahlungsseitige kreisförmige Grundfläche des Kegelkörpers ist im Beispielsfall mit einem Durchmesser von etwa 46 cm angegeben, was bei dem beispielhaft vorerwähnten Spitzenwinkel eine Kegelhöhe von etwa 2 m bedeutet. An diese Grundfläche schließt sich eine derartige elektromagnetische Linse mit gleichem Durchmesser zu demjenigen der Kreisfläche an, die gewährleistet, daß die Phasenverteilung der von der Richtantenne abgestrahlten Wellen konstant und die Amplitudenbelegung der Apertur zumindest nahezu homogen sind.

Die vorerwähnten beispielhaften konstruktiven Abmessungen dieser bekannten Antenne lassen erkennen, daß die Antenne im X-Band bei einer Wellenlänge von Λ = 3,2 cm etwa 70 Λ lang ist und deshalb — wie in der Vorveröffentlichung zutreffend angegeben — optischen Gesetzen gehorcht. Diese Größenordnung der Antennenlänge ist aus mechanisch-konstruktiven Gründen häufig unzulässig. Das Strahlungsdiagramm dieser bekannten Antenne ist rotationssymmetrisch, so daß sie als Erreger in einem Reflektorantennensystem nur in dem Sonderfall einsetzbar ist, in welchem der Reflektor rotationssymmetrisch ist, ansonsten hohe Übertragungsverluste auftreten; die Antenne gemäß dem

Hauptpatent oder gemäß der Erfindung ist auf diesen Sonderfall nicht beschränkt Die bekannten nichtrotationssymmetrischen dielektrischen Antennen sind im Gegensatz zur Antenne gemäß dem Hauptpatent oder gemäß der Erfindung darüber hinaus nicht Für zirkulär polarisierte Wellen geeignet. Bei der Antenne gemäß dem Hauptpatent oder gemäß der Erfindung ist die Amplitudenbelegung der Apertur nicht homogen, sondern cos-förmig; außerdem arbeitet die Antenne gemäß dem Hauptpatent oder gemäß der Erfindung, deren maximale Abmessungen übrigens in der Regel nur etwa 2 Λ betragen (wodurch sie nicht den Gesetzen der Optik unterliegt), zusätzlich mit einer Oberflächenwelle, während die bekannte Antenne gemäß Spalte 4, Zeilen 40ff. der US-PS 34 14 903 die gesamte Energie im Strahlerinnern führen soll.

D>e Erfindung geht somit aus von einer dielektrischen Antenne gemäß dem Hauptpatent und besteht darin, daß die pyramidenförmige Erweiterung der Antenne gemäß Anspruch 1 des Hauptpatents einen eckenlosen Querschnitt aufweist, der zumindest angenähert ellipsenförmig ist.

Die Pyramidenform bleibt bei der erfindungsgemäßen Antenne in ihrem sich erweiternden Teil somit angenähert erhalten, wenn man davon absieht, daß diese Pyramide bei der erfindungsgemäßen Antenne im Gegensatz zur Antenne gernäß dem Hauptpatent keine Kanten wie eine übliche Pyramide aufweist. Der sich erweiternde Teil der erfindungsgemäßen Antenne könnte daher auch als eine sich aus dem Übergang eines Kegels zu einer Pyramide ergebenden Raumform bezeichnet werden, wenn man als Kegel eine eckenlose Pyramide mit kreisförmigem Querschnitt ansieht.

Anhand der Figuren wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zu deren näheren Erläuterung im einzelnen beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht, F i g. 2 die Draufsicht und

Fig.3 einen Querschnitt in der Schnittebene A-A einer Ausführungsform der Erfindung.

Mit 1 ist hierbei ein runder Speisehohlleiter mit Durchmesser c bezeichnet, in den der Antennenkörper aus dielektrischem Material mit seinem speiseseitigen Ende, das spitz verläuft und in F i g. 1 und 2 schraffiert dargestellt ist, hineinragt und dessen Innenwände dieses hineinragende Ende bis zum Beginn der Verjüngung dicht umschließen. Zum strahlungsseitigen Ende hin erweitert sich die gezeigte dielektrische Antenne außerhalb ihres Speisehohlleiters pyramidenförmig.

wobei diese Pyramide im Sinne der Erfindung einen eckenlosen, angenähert elüpsenförmigen Querschnitt aufweist In F i g. 1 sind die sichtbaren begrenzungslinien dieser Erweiterung mit 2 und 3 bezeichnet. S während die abschlußseitige Begrenzungslinie dieser Erweiterung durch eine gestrichelte Linie 4 angedeutet ist, die natürlich bei der Antenne selbst unsichtbar ist. Der Spitzenwinkel dieser Erweiterung im Vertikalschnitt ist in Fig. 1 mit « bezeichnet, während der

ίο Spitzenwinkel dieser Erweiterung im Horizontalschnitt in Fig.2 mit β bezeichnet ist Die sichtbare und durchgezogene Begrenzungslinie einerseits und die lediglich denkbar und gestrichelt gezeichneten Begrenzungslinien des Horizontalschnitts andererseits der

is Erweiterung der erfindungsgemäßen Antenne sind in F i g. 5.6 und 7 bezeichnet.

An ihrem strahlungsseitigen Ende ist die erfindungsgemäße Antenne ebenso wie die Antenne gemäß dem Hauptpatent kugelkalouenförmig abgeschlossen. Der Radius dieser Kugelkalotte ist in F i g. 1 und 2 mit r angegeben und die Lage des Mittelpunktes in Verbindung mit der Größe r so gewählt, daß im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne als Sendeantenne zumindest in ihrem winkelmäßigen

2s Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der elektromagnetischen Wellen ergibt. Mit 8 ist die Begrenzungsiinie der Kugelkalotte in der Zeichenebene der F i g. 1 und 2 bezeichnet.

Ein in der Praxis besonders bewährtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den Abbildungen, das filir das X-Band (etwa 3 cm Wellenlänge) dimensioniert ist, weist folgende Dimensionierungen auf, die allerdings lediglich zum besseren Verständnis angegeben werden und nicht etwa einschränkend für die Erfindung gelten sollen:

α = 29°

β = 120°

r = 35 mm

b = 55 mm

c = 22,8 mm im Durchmesser.

Die erfindungsgemäße Antenne ist besonders vorteilhaft bei den Gegenständen der Ansprüche 5 und 6 des Hauptpatentes, die — wie bereits erwähnt — vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten der in der Einleitung angegebenen Art betreffen, verwendbar, und zwar als Einzelerreger.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Dielektrische Antenne mit einem Speisehohlletter, in den sie mit ihrem speiseseitigen Ende hineinragt s und dessen Innenwinde einen vorgegebenen Abschnitt ihres hineinragenden Endes dicht umschließen, und mit einer in Richtung zum strahlungsseitigen Ende der Antenne hineingerichteten pyramidenförmigen Erweiterung des außerhalb des Speise- to hohlleiter befindlichen Teils der Antenne, bei der das strahlungsseitige Ende der Antenne kugelkalottenförmig abgeschlossen ist, bei der die die Pyramidenform bestimmenden Winkel in Abhängigkeit von dem gewünschten Richtdiagramm der Antenne gewählt sind und bei der der Radius der Kugelkalotte derart gewählt ist, daß im Falle der Ausstrahlung der elektromagnetischen Welten zumindest im winkelmäßigen Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der Wellen entsieht, nach Patent 18 03 792. dadurch gekennzeichnet, daß die pyramidenförmige Erweiterung der Antenne einen eckenlosen Querschnitt aufweist, der zumindest angenähert ellipsenförmig ist.