DE1957354A1

DE1957354A1 - Antennenspeiseanordnung

Info

Publication number: DE1957354A1
Application number: DE19691957354
Authority: DE
Inventors: Bryant Geoffrey Holman
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1968-11-15
Filing date: 1969-11-14
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2023399A1; JPS5024582B1; GB1269950A; US3618106A

Description

Unser Zeichen: P 2042 -

THE PLESSEY COMPANY LIMITED .

2/60 Vicarage Lane, Ilford, Essex, Grossbritannien

Antennenspeiseanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenspeiseanordnung und insbesondere auf eine Antennenspeiseanordnung mit einer mit Querrippen versehenen Hohlleiterzuführung.

Eine Antennenspeiseanordnung sitzt normalerweise im Brennpunkt einer Sende/Empfangsantenne, und sie bewirkt die Lenkung des Sendesignals zur eigentlichen Antenne., damit es abgestrahlt wird, sowie die Sammlung der von der eigentlichen Antenne empfangenen Information, damit sie den normalen Entdeckungsschaltungen zugeführt wird.

Die Ziele eines guten Entwurfs einer Antennenspeiseanordnung sind

(a) die Steuerung der Strahlform,

(b) die Verringerung der Grosse der'Nebenzipfel zur Verhinderung eines Überlaufs, (spillo.yer')

(c) die Unterdrückung des Hinteraipfels,

(d) die Erzeugung eines genau definierten Phasenzentrums, dessen Lage vom Raumwinkel unabhängig ist,

(e) eine gleiche Bündelbreite in allen zur Strahlachse senkrechten Raumebenen, · ■ _ ".

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(f) eine grosse, von den Abmessungen des Speisehohlleiters ideal begrenzte Bandbreite, ■

(g) Kompaktheit,

(h) eine gute Zielverfolgungsfähigkeit in einer Monopuls-

anordnung, ' .
(i) eine gute Anpassung.

Gemäss derzeit angewendeter Verfahren werden zur Erfüllung einiger dieser Bedingungen Hohlleiterhörner mit Längs- oder Querflossen verwendet. Eine Ausführungsform einer

^ Antennenspeisung ist in einem Bericht von Alan Έ.Kay mit dem Titel "The Scaler Peed" dargelegt und beschrieben worden, der für die Air !Force Cambridge Research Laboratories, Office of Aerospace Research, United States Air Force, Bedford, Massachusetts ausgearbeitet worden ist. Kopien dieses Berichts sind beim US-Department of Commerce, Office, of Technical Services, Washington 25, D.C. erhältlich.Die darin beschriebene Antennenspeisung erfüllt die obengenannten Bedingungen (a) bis (e), doch erscheint sie bezüglich der Bedingungen (f) bis (i) nur teilweise erfolgreich zu sein. Der Anspruch der Antennenspeisung auf Breitbandbetrieb ist in der Praxis nicht bestätigt worden; die Zielverfolgung weist nur eine enge Bandbreite

ψ auf, und die Anpassung .ist mit Ausnahme über Bandbreiten in,der Grössenordnung von T/o schlecht.Es isx wohl bekannt, dass Hörner mitlängsflossen eine gute Gleichmässigkeit der Bündelbreite ergeben, doch erzeugen sie grosse Nebenzipfel und eine schlechte Anpassung bei einer Bandbreite von mehr als 1 oder 2$, '

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenspeiseanordnung mit in Querrichtung gerippter Hohlleiterzuführungen zu schaffen, die für die oben genannten Bedingungen (a) bis (i) optimale Werte argibt.

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Gemäss der Erfindung, ist· eine Antennenspeiseanordnung · derart ausgebildet, dass ein gerippter Hohlleiter vorgesehen ist, der an seiner Innenfläche mehrere Querrippen aufweist, und dass die Tiefen der aufeinanderfolgenden Nuten des-Hohlleiters derart voneinander verschieden sind, dass die reflektierte Impedanz am Eingang der Nuten von einer am Eingang einer Nut an einen: Ende ies Hohlleiters vorliegenden niedrigen Impedanz bis zu einer am Eingang einer Nut am anderen Ende des Hohlleiters vorliegenden erforderlichenjhöheren Impedanz ansteigt

t.

Eine bevorzugte Äusführungsform der Erfindung ist derart ausgebildet, dass die Tiefe der Nut am einen Ende des Hohlleiters im wesentlichen gleich der halben 'wellenlänge des Hauptschwingungstyps der Nut und die Tiefe einer Nut am anderen Ende des Hohlleiters im wesentlichen gleich einem Viertel der wellenlänge des Hauptschwingungstyps der Nut ist.

In einer Ausführungsform kann die Innenfläche des Hohlleiters im wesentlichen parallel zur Hohlleiterlängsachse angeordnet sein, wobei die Antennenspeisung nach der Erfindung in geeigneter Weise zur Verbindung eines ebenen Hohlleiters mit einem trichterartigen, gerillten Hohlleiter verwendet werden kann, der mit Nuten mit einer Tiefe versehen ist, die im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge des Hauptschwingungstyps der Nut ist.

Gemäss einer 7/eiterbildang der Antennenspeiseanordnung nach der Erfindung ist ihre Innenfläche selbst in Längsrichtung vom einen Ende zum anderen Ende trichterartig ausgebildet.

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BAD

Bei der Anwendung der erfindungsgemässen Antennenspeiseanordnung auf H_oh.Xleiter mit quadratischem oder rechtwinkligen Querschnitt können in die Nuten des Hohlleiters an dessen Ecken Vorrichtungen eingeschoben werden, damit die Wirkung von Störwellentypen verringert wird, die infolge der an diesen Ecken auftretenden sich ändernden Tiefen erzeugt werden.

A_usführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Ifig.t eine Seitenschnittansicht einer erfindungsgeEässen Antennenspeiseanordnung,

Eig*2a und Iig.2b eine Seiten-bzw. Stirnansicht einer

anderen Ausführungs,form einer Antennenspeiseanordnung nach der Erfindung und

Pig.3 eine geschnittene Stirnansicht eines quergerippten Hohlleiters mit Eckstücken nach der Erfindung.

Bei bekannten Antennenspeiseanordnungeu mit in Querrichtung gerippten Hohlleitern wird der gerippte Hohlleiter, ™ ob er nun trichterartig ausgebildet ist oder nicht, von eiüem ebenen Hohlleiter, d.h. einem Kohlleiter ohne Rippen gespeist. Die Tiefe derRippen oder Nuten der Zuführung liegt normalerweise in der G-rössenordnung von j& , wobei JK g die Wellenlänge des in der Nut gebildeten Hauptwellentyps ist. Jede N_ut bildet auf diese Weise einen kurzgeschlossenen Hohlleiter mit einer Länge von etwa ^- Nun ist aus der Hohlleitertheorie bekannt, dass die zum Eingang eines

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langen Hohlleiters reflektierte -Impedanz unendlich gross ist, d.h. einem offenen Stromkreis entspricht; so ist also die-zum Eingang jeder Nut des gerippten Hohlleiters reflektierte Impedanz sehr hoch. Daraus ergibt sich folgende Wirkung: Wenn eine längs der Wand eines ebenen Hohlleiters wandernde Welle auf die erste Nut des gerippten Hohlleiters trifft, dann ändert sich die Impedanz ihres Weges von einem sehr niedrigen Wert auf einen sehr hohen Wert, so dass durch diesen plötzlichen Wechsel unerwünschteWellentypen in der Speiseanordnung erzeugt werden, die ihre Wirksamkeit beeinträchtigen.

Dies wird bei der hier beschriebenen Speiseanordnung dadurch beseitigt, dass der übergang von einem ebenen Hohlleiter zu einem gerippten Hohlleiter mit Nuten von einer Tiefe von —j| als allmählicher Übergang ausgebildet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die erste Nut eines gerippten Hohlleiters, auf die eine längs eines ebenen Hohlleiters wandernde Welle trifft, so geformt wird, dass sie an ihrem Eingang eine Impedanz aufweist, die tatsächlich sehr niedrig ist, d.h. einem Kurzschluss entspricht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Tiefe der ersten Nut —s^ gemacht wird. Die Tiefen der nachfolgenden Nuten werden dann allmählich so verringert, dass die Impedanz an ihren Öffnungen allmählich ansteigt, bis die Nuttiefe den erforderlichen Wert von ψ* besitzt. Diese Abnahme der Tiefe der Nuten von **§ bis -4^· kann beispielsweise auf einerStrecke vern 2\g erfolgen, und es können beispielsweise auf dieser Strecke 10 Nuten mit nacheinander abnehmenden Tiefen vorgesehen sein.

In Pig.i der Zeichnung ist eine Anwendung dieser Technik auf eine breitbandige Sutnmenkanal-Antennenapeiseanordnung dargestellt. Die dargestellte Antennenspeiseanordnung

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■ besteht aus einem ebenen Hohlleiter 1 mit quadratischem • Querschnitt, der über einen quadratischen, gerippten Anpassungsabschnitt 3 an ein trichterartig ausgebildetes, geripptes Verlängerungshorn 2 mit quadratischem Querschnitt angeschlossen ist. Das Verlängerungshorn 2 erweitert sich mit einem Winkel θ zur Längsachse der Antennenspeiseanordnung, und die von den Rippen 5 gebildeten Nuten 4 besitzen eine Tiefe von τ^ . Der Anpassungsabschnitt 3 ist mit Rippen 6 versehen, die derart kleiner werden, dass die den ebenen Hohlleiter 1 am nächsten liegende Nut eine· Tiefe von ψ* und die ^ dem Verlängerungshorn 2 eine Tiefe von j& , d.h. die gleiche Tiefe wie die Nuten 4 des Verlängerungshorns 2 besitzt.

In Pig.2a und Pig.2b der Zeichnung ist eine Antennenspeiseanordnung dargestellt, die sich als breithandige Zielverfolgungsantennenspeisung eignet. Bei diesem Anwendungsfall muss die Antennenspeiseanordnung zirkulär polarisierte Wellen senden und empfangen; die Sende- und Empfangskanäle ' besitzen dabei jeweils eine Bandbreite von Tfi. Der Empfangskanal besässe normalerweise eine Monopulszielverfolgung mit Summen- und Differenzschaltungen, aber der Einfachheit halber wird nur.die Antennenspeiseanordnung beschrieben» P Die in Pig.2a und Pig.2b dargestellte Antennenspeiseanordnung besteht aus einem ebenen Hohlleiter 7 mit quadratischem Querschnitt, der in vier (zur Monopulsziel-' Verfolgung verwendete) Hilfshohlleiter 8 unterteilt ist, und aus eimern mit Querrippen versehenen Endabschnitt 9, der an den Hohlleiter 7 angeschlossen ist. Der gerippte Endabsohnitt 9 ist mit Nuten 10 versehen, deren Tiefen nacheinander derart abnehmen, dass die dem ebenen Hohlleiter 7 am nächsten liegende Nut 10 eine Tiefe von etwa j& und die vom ebenen Hohlleiter 7 am weitesten entfernt liegende Nut ein. Tiefe"von etwa ^ besitzt.Wenn eine

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solche Anordnung in den freien Raum abstrahlt, ergeben, sich die Feldverteilungen,- wie sie bezüglich der Ebenen des elektrischen (E) und des magnetischen (H) Feldes für Verteilung bei cosinusförmigen Öffnungen typisch sind, so dass die zirkuläre Polarisation angewendet werden kann. Die Innenfläche des Endabschnitts 9 ist auch mit einer in einem Winkel θ verlaufenden leichten Erweiterung ausgestattet, was eine Steuerung der Abstrahlung bei Aufrechterhaltung gleicher Strahlbreiten bewirkt und diese weniger frequenzabhängig macht.

Es hat sich gezeigt, dass solche beschriebenen Antennenspeiseanördnungen gleiche Strahlbreiten in der S-und der Η-Ebene ergeben, eine gute Anpassung an die Eingangszuführung aufweisen., eine Bandbreite von 15% im Bereich von 7 bis 8 G-Hz besitzen, und die Verwendung kleiner' öffnungen, d.h. mit kleineren Abmessungen als 2 λ. ermöglichen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind Hohlleiter mit quadratischem Querschnitt verwendet worden, doch können die gleichen Prinzipien-natürlich auch auf Hohlleiter mit nicht quadratischen Querschnitten, d.h. mit rechtwinkligen oder kreisförmigen Querschnitten angewendet-werden. In gleicher Weise kann die-Hohlleiterinnenfläche natürlich abhängig vom besonderen Anwendungsfall einen konstanten Querschnitt oder einen sich erweiternden Querschnitt besitzen.

Bei Antennenspeiseanordnungen der oben beschriebenen Art mit quadratischen Hohlleitern hat sich herausgestellt, dass infolge der sich ändernden liefen der Nuten an üen Hohlleiterecken unerwünschte Wellentypea im Hohlleiter erzeugt werden, die unter anderem eine Begrenzung der Bandbreite zur Folge haben. Es hat sich gezeigt, dass

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die Wirkung dieser S-fcörwellentypen dadurch wesentlich verringert werden kann, dass die Nuten in der Nähe der Ecken des Hohlleiters mit geformten Eckstücken ausgefüllt werden. Dies ist in Fig.3 da? Zeichnung in einem Querschnitt eines quadratischen Hohlleiters 11 dargestellt, bei dem die Seitenflächen einer Nut des Hohlleiters mit dem Bezugszeichen 12 versehen sind und bei dem an den vier Hohlleiterecken Eckstücke 13 eingeschoben sind. Als optimale Torrn der Eckstücke hat sich in einer besonderen Ausführungsform ein Quadrat mit einer abgeschrägten Innenecke herausgestellt; Die Form der Eckstücke kann jedoch in Anpassung an jeden Anwendungsfall ausgebildet sein.

Patentansprüche

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Claims

P a t e η t an s ρ r ü c h e

f 1 J Antennenspeiseanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein gerippter Hohlleiter vorgesehen ist, der an seiner Innenfläche mehrere Querrippen aufweist, und dass die Tiefen deraufeinanderfolgendgi Hüten des Hohlleiters derart voneinander verschieden sind, dass die "reflektierte Impedanz am Eingang der Hüten von einer-am Eingang einer Hut an einem Ende des Hohlleiters vorliegenden niedrigen Impedanz bis zu einer am Eingang einer Hut am anderen Ende des Hohlleiters vorliegenden erforderlichen höheren Impedanz ansteigt,
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' dass die Tiefe der Hut am einen Ende des Hohlleiters iia wesentlichen gleich der halben Wellenlänge des Hauptschwingungstyps der Hut und die Tiefe einer Hut as. anderen Snde des Hohlleiters ία wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge des Haaptsohvilagatigstyps der Hut ist.
3. Anordnung nach einen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hohlleiters im wesentlichen parallel zur Hohlleiterlängsachse verläuft.
4. Anordnung nach einem ü.&7;_ Ansprüche 1 und 2, dadurch. gekennzeichnet, dass dia lanenfläcae das HoM'lidtecs schräg zur Längsrichtung YorlcLuft,
5. Anordnung nach eine» de^ vcrherge;V3'ivjim Aaspffv-;-!⁵.·? _?- dadurch gekennzeichnet; ü&ss äes ^i'-: H.Lppsv^; \^^gS Hohlleiter einen q.uuäi-i t-l-^^h^a oc-;r· ^eciitv^lniatge Querschnitt besitzt, -
6. Anordnung "nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen z\iv Verringerung der Wirkung von Störwellentypen vorgesehen sind, die als Folge der sich ändernden liefe der Hüten an den H_ohlleiterecken auftreten.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

an den Hohlleiterecken Eckstücke in die Nuten eingeschoben

■ sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, üass die Eckstüoke im wesentlichen quadratisch sind und dass die innere Ecke jedes Eckstücics abgeschrägt ist.

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