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Hornantenne für den Mikrowellenbereich Die-Erfindung betrifft eine
Hornantenne mit einer im Horninnern angebrachten dielektrischen Flatte, deren Anordnung
und Form so gewählt sind, daß die Antenne in einer Ebene ein kosekansförmiges Richtdiagramm
aufweist.
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Antennen mit kosekansförmigem Richtdiagramm werden in der Hadar- und
Rundfunktechnik zur gleichmäßigen Bestrahlung eines bestimmten ebenen Flächenbereiches
benötigt. Die bereits bekbnn'ten Antennenanordnungen mit kosekansförmigem Richtdiagramm
bestehen entweder aus einem öder mehreren Strahlern (z.B. in der orm von Hornantennen)
in deren Jtrahlungsbereich sich ein oder mehrere entsprechend geformte Reflektoren
befinden (S. Silver : Microwave Antenna Theory and Design, 1965 Dover Fubl., Kap.
13) oder sie bestehen aus einer größeren Anzahl einzelner strahler (z.B. in der
Eorm von Hornantennen), die mit elektromagnetischer Energie von entsprechender Amplitude
und Phase gespeist werden (R.C.Hansen: Microwave Scanning Antennas, 1966 Academic
preis, Band 2).
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Diesen Antennenanordnungen haften verschiedene Nachteile an. Entweder
müssen diese Antennenanordnungen sehr große Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge
besitzen, wie es bei den Antennenanordnungen mit entsprechend geformten he'flektoren
der Fall ist oder sie haben wie die Anqrdnungen
nungen mit einer
größeren Anzahl von Strahlern wegen der vielen Zuführungsleitungen für die elektromagnetische
Energie einen sehr komplizierten Aufbau bzw. besitzen hinsichtlich des otrahlungsverhaltens
oder der =einpassung an die ßinspeisestelle nur eine sehr geringe Bandbreite.
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Andererseits ist es bei einem Hornstrahler für zirkular oder elliptisch
polarisierte zellen zur Angleichun! der Diagramme der horizontal und der vertikalen
polarisierten Komponenten bekannt, wenigstens eine, nicht die volle Aperturbreite
ausfüllende dielektrische latte vorzusehen, deren Ebene in der Ebene liegt, in der
die Diagrammangleichung erzielt werden soll, z.B. zur Angleichung der horizontal
polarisierten Komponente in sich tung des E-Vektors dieser Komponente. Diese Glatte
ist symmetrisch zur Hornstrahlerachse angeordnet und erstreckt sich bis zur Apertur
(DAS 1 o84 787).
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Eine asymmetrische Verformung des Strahlungsdiagramms, wie sie die
Aufgabe der Erfindung erfordert, ist damit nicht möglich.
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Diese Feststellung trifft auch auf eine weitere bekannte Hornantenne
zu, bei der ebenfalls zur Angleichung der horizontal und vertikal polarisierten
Komponenten zirkularer polarisierter Wellen leitende kreissektorförsige Vorspringe
im Inneren des speisenden Rechteckhohlleiters vorgesehen sind (DAS 1 107 736). Auch
hier sind die leitenden Vorsprünge symmetrisch zur Jtrahlerachse angeordnet.
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Auch die Erfindung betrifft eine Hornantenne mit einer im Horninnern
in Richtung der otrahlerachae und der vertikalen oder radialen Komponente der elektriNchen
Feldstärke angebrachten dielektrischen Platte. Von den vorstehend beschriebenen
Jiornantennen untersoheidet sich die
die erfindungsgemäße Anordnung
dadurch, daß die dielektrische Elatte über eine derartige Länge an'der Innenwand
des liornstrahlers mit einer Seite anliegt und in einem axialen Abstand von wenigstens
einer Betriebswellenlänge von der Apertur beginnend, stetig von Null bis zu einer
derartigen Ausladung in den Hornstrahlerquerschnitt ansteigt und zum Speiseende
hin wieder stetig abfällt, daß eine unsymmetrische Veränderung der Shasenverteilung
in der Hornapertur eintritt.
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Die erfindungsgemäße Hornantenne weist schon bei Abmessungen der Hornöffnung
von wenigen N-ellenlängen in der Ebene der dielektrischen 1 latte ein kosekansförmiges
hichtdiagramm auf. Das koskansförmige Richtdiagramm kommt dadurch zustande, daß
die dielektrische Platte die Phase der Energieverteilung in der Öffnungsfläche der
Hornantenne in entsprechender leise verändert. Es ergibt sich demnach eine sehr
breitbandige Strahleranordnung mit kosekansförmigem Richtdiagramm, die aus einem
einzigen Strahler besteht.
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Vorteilhaft wird die Länge, mit aer die Platte an der stand des Hornstrahlers
anliegt
und die größte Ausladung umax in den Hohlleiterquerschnitt nach der Beziehung
bemessen, wobei a @
a = die Aperturabmessung in Richtung des E-Vektors
b = die Aperturabmessung senkrecht zum E-Vektor 2α = der Hornöffnungswinhel
Er die relative Elektrizitätskonstante der dielektrischen Platte d = die ilattendicke
und #. die Freiraumwellenlänge bedeutet.
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Zweckmäßig weist die dielektrische Platte die Gestalt eines mit seiner
Basis an der Innenwand des Hornstrahlers anliegenden/8 tumpfwinkligen, ungleichsohenkligen
Dreiecks mit abgerundeter Spitze auf, dessen zur Apertur hinweisende Seite kürzer
als die zum speisende hinweisende Seite ausgebildet ist.
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Nach einer anderen Ausführungsform weist die dielektrische latte die
Form eines Krtis- oder Ellipsenabschnitts auf und liegt mit der Abschnittkante an
der Innenwand des Hornstrahlers an.
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Für die Befestigung der dielektrischen platte mit der Nand der Hornantenne
bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann die dielektrische Platte mit der Wand
der Hornantenne durch Klebung oder Klemmung verbunden sein.
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ine andere Möglichkeit der Befestigung besteht darin, daß das Horninnere
wenigstens in der Umgebung der dielektrischen 1 latte mit einem schaumstoffartigen
Dielektrikum ausgestattet ist, welches die Glatte in der gewünschten Lage festhält.
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FUr die empirische Ermittlung der wirksamen Länge und Ausladung der
dielektrischen Platte kann es zweckmäßig sein, die Platte durdh -einen Schlitz in
der Sand des Hornstrahlers in das Innere hineinragen zu lassen. In diesem Falle
kann
kann man die wirksame Länge und Ausladung der Platte auch während
des Betriebes verändern.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele,
die in Fig. 1 und eig, 2 in perspektivischer Ansicht dargestellt sind, erläutert.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeisiel zeigt eine Hornantenne 1, die die
Form einer Pyramide besitzt und eine rechteckige Öffnung 2 hat. Diese Hornantenne
1 wird über einen Hohlleiter 3 von rechteckigem Querschnitt mit elektromagnetischer
Energie gespeist. Auf der Wand der Hornantenne 1 befindet sich im Horninneren eine
dielektrische Platte 4, die mit der Nand der Hornantenne 1 verbunden ist. Die dielektrische
Platte 4 ist dabei 90 im Horninneren angeordnet, daß ihre Ebene durch die Hauptausbreitungsrichtung
der elektromagnetischen energie im Horninneren und durch die Richtung der elektrischen
Feldstärke des durch diese Energie im Horninneren am Ort der Platte 4 erregten Feldes
bestimmt wird. In dem Ausführungsbeispiel Fig. t wird die elektromagnetische Energie
über einen Hohlleiter 3, der transversal-æur Ausbvreitungsrichtung polarisierte
Yellen z.B.
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H10-Nellen führt, eingespeist. Die Hauptausbreitungsrichtung im Horninneren
ist dann die Achse 5 der Hornantenne und die Richtung des elektrischen Feldes durch
die Richtung des Doppelpfeiles 6 gegeben.
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Die Erfindung ist sinngemäß auch für Sektorhornantennen zu verwenden.
Diese Hornantennen unterscheiden sioh bei sonst gleichem Aufbau von der Darstellung
Fig. 1 lediglich dadurch, daß die Hornantenne 1 in einer zu einer der Kanten der
Öffnung 2 parallelen Ebene keine Erweiterung des Hohlleiters 3 aufweist, d.h. die
Öffnung 2 der Hornantenne 1 besitzt in dieser Ebene die Abmessung des Hohlleiters
3. Bevorzugt läßt sich die Erfindung für Sektorhörnantennen anwenden, die nur in
der Richtung 6 der elektrischen
elektrischen Feldstärke eine Erweiterung
des Hohlleiters aufweisen (E-Sektorhornantennen).
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausflhrungsbeiapiel zeigt eine trichterförmige
Hornantenne 7, die sowohl eine kreisförmige als auch ellipsenförmige Öffnung 8 besitzen
kann.
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Diese Hornantenne 7 wird über einen Hohlleiter 9 von kreisförmigem
oder ellipsenförmigem verschnitt mit elektromagnetischer energie versorgt. Im Horninneren
befindet sich eine radial angeordnete dielektrische Platte 4. Sie ist entsprechend
der Fig. 1 befestigt. Für die Speisung der Hornantenne 7 mit einer durch die Richtung
des Doppelpfeiles 11 gckennzeichneten transversal polarisierten felle ergibt sich
als Hauptausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Energie die Richtung der Achse
12 der Hornantenne 7 und als nicht tung der elektrischen Feldstärke die Richtung
des Doppelpfeiles 11 und damit die in Fig. 2 gezeigte radiale Anordnung der dielektrischen
Platte 4.
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Die Fig. 3a erläutert die Formgebung der 1 latte 4 nach der vorstehend
gegebenen Bemessungsregel für die Länge 9mas mit der die Platte 4 an der Innenwand
1o des Hornstrahlers anliegt. Die Entfernung von der Apertur 2 beträgt ungefähr
eine Nellenlänge. Die maximale Ausladung in den Hornstrahlerquerschnitt umax ist
ebenfalls durch die Bemessungsregel gegeben. Bei der Fig. 3a hat die Platte 4 die
Form eines sn seiner Spitze 15 abgestumpften, stumpfwinkligen, ungleichschenkligen
Dreiecks, das mit seiner Basis über die Iänge smax an die Hornstrahlerwand 10 anliegt.
Die Höhe des Dreiecks ist dann umax. Die in der Bemessungsregel noch angegebenen
Parameter für die sicke der Platte d und den Öffnungswinkel des Hornstrahlers 2α
finden sich in der Fig. 1. In der Fig. 3a ist die Platte so bemessen, daß die maximale
Ausladung umax. d.h. die abgestumpfte Spitze des
des Dreiecks ungefähr
bei smax vom aperturseitigen Beginn 3 der Platte an gerechnet, zu liegen kommt.
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Nach der Fig. 3b kann die dielektrische hatte 4 unter Befolgung der
gleichen Bemessungsregel auch in der Form eines Kreisabschnittes oder eines Ellipsenabschnittes
ausgeführt werden. Dabei ist die ratte 4 so im-Innern der Hornantenne angeordnet,
dass die Abschnittkante 17 an der and 10 der Hornantenne anliegt Die Bemessungsregel
wurde aus der Theorie der für ein kosekansföraiges Strahlungsdiagramm notwendigen
Phasenverteilung in der Apertur gewonnen. Auf ihre Ableitung wird hier verzichtet.
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mehrere Ausführungen von E-Sektorhornantennen nach der Erfindung wurden
als Sende antennen für Pernsehrundfunk im 12 GHz-Bereich entwickelt und haben sich
praktisch bewährt.