DE1910995C3 - Dielektrische Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dielektrische Antenne mit einem Speisehohlleiter, in den sie mit ihrem speiseseiligen Ende hineinragt und dessen Innenwände einen vorgegebenen Abschnitt ihres hineinragenden Endes dicht umschließen, und mit einer in Richtung zum strahlungsscitigen Ende der Antenne hingerichteten pyramidenförmigen Erweiterung des außerhalb des Speisehohlleiters befindlichen Teils der Antenne. Eine Antenne dieser Art ist gemäß dem nicht vorveröffent-Iichien tlauplpatent 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 Kugelkalottc derart gewählt ist, daß im Falle der Ausstrahlung der elektromagnetischen Wellen zumindest im winkelmäßigen Hauptstrahlungsbcreich des Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der Wellen entsteht.

Gemäß Anspruch 5 des Hauptpaienls ist diese Antenne vorteilhaft in einer Mehrzahl als Prinia'ranteiine in einem zum Ausstrahlen und/oder Empfanget, elektromagnetischer Wellen geeigneten und einen ein/igen Reflektor aufweisenden Refleklorantennensystem verwendbar, dessen Fernfcldrichtduigranim sich in der Vertikalebene aus der gleichen Mehrzahl von vertikalen Elemcntarrichtdiagnimmen zusammensetzt, in der Weise, daß die Priirr.rantennen in übereinander verlaufenden Horizontalebenen angeordnet sind und in getrennte! Zuordnung zu den vertikalen Elementarrichtdiagrammen den Reflektor oder Teile desselben ausleuchte!..

Diese Verwendung in einun Reflektorantennensysteni. dessen l-'enifeldrichidiagramm sich aus zwei l'.lementarrichtdiiigrammen zusammensetzt — die einerseits azimutal gleichförmig und gleichgerichtet siiul und andererseits in der durch die gemeinsame azimutale Hauptrichtung der zwei Elementarrichtdiagramme verlaufenden Vertikalebene unterschiedliche Elevationswinkel ihrer Hauptrichtungen und unterschiedliche Formen 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 Hauptpalent vorgesehen sind, daß die Längsachsen der

ίο zwei Speisehohllciter 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 Vorveröffenilichung ist eine dielektrische Richtantenne bekannt, die aus einem Spcisehohlleitcr in Form beispielsweise eines Hornstrahler mit rundem Querschnitt besteht, in dessen Öffnung ein Kegelkörper aus einem Dielektrikum (relative Dielektrizitätskonstante beispielsweise gleich 1,02) mit seiner Spitze hineinragt, wobei der Hornstrahleröffnungswinkcl 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 Flächcnwirkungsgrad (Apertur-Effizienz) der Antenne möglichst

hoch wird, im idealfall nämlich 100%. Die strahlungsseitige kreisförmige Grundfläche des Kegelkörpers ist im Beispielsfall mit einem Durchmesser von etwa 46 cm angegeben, was bei dem beispielhaft vorerwähnten Spitzenwinkcl eine Kegclhöhe 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 Amplitudenbclc-

ss giing 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

(10 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

^<<ζ· als Li reger in einem Reflekloraniennensystem nu: 111 dem Sonderfall einset/bar 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 nichtrotationssymmelrischen dielektrischen Antennen sind im Gegensatz zur Antenne gemäß dem Hauptpatent oder gemäß der Erfindung darüber hinaus nicrr. für zirkulär polarisierte Wellen geeignet. Bei der Antenne gemäß dem Hauptpatent oder gemäß der Frfindung ist die Ampütudenbelegung 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 9OJ die gesamte Energie im Strahlerinnern führen soll.

Die Erfindung geht somit aus von einer dielektrischen Antenne gemäß dem Hauptpatent und besieht darin, daß die pyramidenförmige Erweiterung der Antenne gemäß Anspruch I des Hauptpatents einen eckenlosen Querschnitt aufweist, der zumindest angenähert ellipsenförmig ist.

Die Pyramidenform bleibt bei der erlindungsgeniäßen Antenne in ihrem sich erweiternden Teil somit angenähert erhalten, wenn man davon absieht, daß diese Pyramide bei der erfindungsgemäßen Antenne im Gegensatz zur Ant; -ie gemäß dem Hauptpatent keine Kanten wie eine übliche Pyramide aufweist. 1 er sich erweiternde Teil der erfindungsgemäßen Antenne könnte daher auch als eine sich aus dem Übergang eines Kegels zu einer Pyramide ergebenden Raumferm 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 ein/einen beschrieben.

I" i g. 1 zeigt eine Seitenansicht.

I-" i g. 2 die Draufsicht und

I'ig. 3 einen Querschnitt in der .Schnittebene /\-/\ einer Ausführungsform der Erfindung.

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

wobei diese Pyramide im Sinne der Erfindung einen eckenlosen, angenähert ellipsenförmigen Querschnitt aufweist. In Fig. 1 sind die sichtbareil begrenzungslinien dieser Erweiterung mit 2 und 3 bezeichnet, s während die abschlußseilige 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 F i g. 1 mit λ bezeichnet, während der

lu Spitzenwinkel dieser Erweiterung im Horizontalschnitt in F i g. 2 mit β bezeichnet ist. Die sichtbare und durchgezogene Begrenzungslinie einerseits und die lediglich denkbar und gestrichelt gezeichneten Begrenzungslinien des Horizontalschnitts andererseits der Erweiterung der erfindungsgemäßen Ante.ine sind in Fig 5,6 und 7 bezeichnet.

An ihrem strahlungsseitigen Ende ist die erfindungsgemäße Antenne ebenso wie die Antenne gemäß dem Hauptpatent kugelkalottenförmig 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 Hauptstrahlungsbereieh des .Strahlungsfernfeldes eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der elektromagnetischen Wellen ergibt. Mit 8 ist die Begrenziingslinie der KugelkaloUc in der Zeichenebene tier I i g. I und 2 bezeichnet.

3c Ein in der Praxis besonders bewährtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mich den Abbildungen, das für das X-Band (etwa 3 cm Wellenlänge) dimensioniert ist. weist folgende Dimensioniemngen auf, die allerdings lediglich zum besseren Verständnis angegeben werden

\s und nicht etwa einschränkend für die Erfindung gelten

\ = 29

ji = 120'

/■ = 35 mm

b = 55 mm

t" = 22.8 mm im Durchmesser.

Die i'rl'inilungsgemüße Antenne ist besonders vortcil· halt bei den Gegenständen der Ansprüche 5 und b ties 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)

19 10 9S5

Patentansprüche:

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 zum strahlungsseitigen Ende der Antenne hineingerichteten pyramidenförmigen Erweiterung des außerhalb des Speisehohlleiters 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 Wellen zumindest im winkelmäßigen Hauptstrahlungsbereich des Strahlungsfernfeldcs eine sich annähernd kugelförmig ausbreitende Phasenfront der Wellen entsteht, nach Patent 18 03 792, dadurch gekennzeichnet, daß die pyramidenförmige Erweiterung der Antenne einen eckenlosen Querschnitt aufweist, der zumindest angenähert ellipsenförmig ist.