DE2260648A1

DE2260648A1 - Dielektrische richtantenne

Info

Publication number: DE2260648A1
Application number: DE19722260648
Authority: DE
Inventors: Karl-Peter Dipl Ing Dombek
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1972-12-12
Filing date: 1972-12-12
Publication date: 1974-06-20

Description

Dielektrische Richtantenne Die Erfindung betrifft eine dielektrische Richtantenne für den Mikrowellenbereich.
solche antennen sollen einerseits möglichst einfach aufgebaut sein und eine gute ausnutzung ihrer Querschnittsfläche zur ibstrahlung gewährleisten; andererseits ist eine Richtcharakteristig mit einem möglichst geringen Beitenzipfelpegel erwünscht, die über einen großen Frequenzbereich erhalten bleibt.
Zwei wesentliche arundarten dielektrischer antennen sind bekannt: Zum einen dielektrische Querstrah-ler (Linsenantennen) und zum anderen dielektrische Längsstrahler (Btielstrahler). Bei Linsenantennen erfolgt eine reine euerabstrahlung, wodurch die für eine bestimmte Bündelung erforderliche Querabmessung nicht unterschreitbar ist (Flächenausnutzung < < 1 (U@ 2 801 412)).
@ill man neben guter Bündelung geringe Seitenzipfelpegel erreichen, 80 müssen von der homogenen Belegung stark bei chende Belegungen verwendet werden, wodurch der iWlächenwirkungsgrad noch weiter verringert wird. jie Speisung und Anpassung der Linsenantennen ist relativ aufwendig und bereitet speziell für breitbandige Anwendung erhebliche Schwierigkeiten. Dielektrische Längsstrahler sind in einer Wielzahl von Ausführungen bekannt geworden: Zylindrische Stielstrahler, Rohrstrahler, konisch verjüngte Stielstrahler usw. (US 2 801 413, brit. 751 046).
Sie zeichnen sich durch geringe Querabmessungen und einfache Speisesysteme aus. Im Gegensatz zur Linsenantenne sind die erreichbaren Gewinnwerte begrenzt. Es werden mit sufwendigen Konstruktionen schmalbandig ca. 20 dB Gewinn erreicht. Neben den begrenzten Gewinnwerten liegt eine wesentliche Beeinträchtigung der Yerwendbarkeit dieser antennen in dem hohen Hebenzipfelpegel, der sich schwer reduzieren laßt. Zwischenformen von dielektrischen Antennen, wie dielektrische lornantennen und andere, haben wenig Bedeutung erlangt, da ihre Sigenschaften kaum eine Konkurrenz zu den urundarten dielektrischer Antennen darstellen. Eine der jüngsten rbeiten zu diesem Pro blemkreis ist von J.ti, James in The @adio and Blectronic Lngineer, Vol. 42, Number 6, Juni 1972, p. 251 - 259, mit dem Titel "Engineering Approach to the design of Tapered Dielectric-rod and fiorn tntennas" veröffentlicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde 9 die Vorteile der einfachen speisung und der hohen Flächenausnutzung der Längsstrahler mit der Möglichkeit höherer Sewinnwerte und geringer Ueitenzipfelpegel von Linsenantennen zu vereinigen, wobei gleichzeitig der Nachteil der Schmalbandigkeit durch ein geeignetes Strahlerkonzept umgangen werden soll.
Als Grundkonzept wird ein hohlleitungsgespeister dielektrischer Körper beliebiger rotationssymmetrischer Form vorgeeben, dessen Achse sich in .usbreitungsrichtung erstreckt.
Ausgehend von diese@ Grundkonzept sollen nun unter Sinbeziehung der Heldverhältnisse im Nähfeld der Speisestelle Strahlerformen angegeben erden, die die in der Aufgabenstellung geünschtenjtrahlungseienschaften optimal annähern.
Für die Forderung nach möglichst gut gebindelter abstrahlung (hohe Flächenauenutzung), bei gleichzeitig geringem Nebenzipfelpegel und- nach großer Breitbandigkeit wurde die Aufgabe erfindungsgemäß durch einen birnenförmigen dielektrischen lotationskörper gelöst, dessen Durchmeseer von der Speiseseite her auf einen maximalen @ert D-ansteigt, der abh.ingig von der Körperlänge L und der relativen Dielektrizitätskonstanten r des verwendeten bielektrikums ist. Der maximale Durchmesser ergibt sich zu Vom minimalen Durchmesser D aus reduziert sich der Durch messer zum Strahlerende hin derart, daß ein @bergang in den näherungsweise ellipsoidförmigen Teil des ;trahlerendes erfolgt. Hierbei ist die Sum@e aus großem llalbmesser und Exzentrizität E der zugrundegelegten klipse gleich der Strahlerlänge L. Die Exzentrizität der nllipsoids liegt bei Um einen solchen dielektrischen Körper zu speisen, bieten sich mehrere Möglichkeiten.
speisung über einen Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts, der mit der Hll-Welle angeregt ist.
speisung über einen Hohlleiter kreisförmigen Quer@chnitts, der andere z.B. Hybridmoden führt.
speisung über ein Horn kreisförmigen Querschnitte, das mit der Bll-Welle angeregt ist.
speisung über ein Horn kreisförmigen Querschnitts, das andere z.B. Itbridmoden führt.
speisung über einen Hohlleiter rechteckigen Querschnitts, der mit der H10-Welle angeregt ist, derart, daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine rotationssymmetrische Form übergeht (nbringen auslaufender Begrenzungsebenen).
Speisung über einen Hohlleiter rechteckigen Querschnitts, der andere z.B. Hybridmoden führt, derart, daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine rotationssymmetrische Form übergeht (Anbringen auslaufender Begrenzungsebenen).
Speisung über ein rechteckiges Horn, das mit der H10-Welle angeregt ist, derart, daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine rotationssymmetrische Form übergeht (Anbringen auslaufender Begrenzungsebenen).
Speisung über ein rechteckiges Horn, das andere z.B. Hybridmoden führt, derart, daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine Rotationssymmetrische Form übergeht (Anbringen auslaufender Begrenzungsebenen).
Fig. 1 und 2. zeigen zwei praktisch erprobte Beispiele für in Polystyrol ausgeführte Strahler der erfindungsgemäßen trat. Mit dem zwei h'reiraumwellenlängen langen Strahler nach Bild 1 wurden 17 dB Gewinn bei einem unter 40 dB liegenden Seitenzipfelpegel erreicht, wobei die wesentlichsten Strahlungseigenschaften innerhalb + 20 i um die Mittenfrequenz erhalten bleiben.
Die Speisung erfolgte hierbei durch einen mit der Hll-Welle angeregten Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts. it dem 4,4 Preiraumwellenlängen langen Strahler nach Bild 2 wurden über 23 dB Gewinn bei einem Seitenzipfelgegel unter -20 dB erreicht.
ouch in diesem Fall treten keine wesentlichen Änderungen der Strahlungseigensdhaften in einem Bereich von + 20 i, um die PRittenfrequenz auf. Die Speisung erfolgte ebenfalls durch einen mit der H11-.9Velle angeregten Hohlleiter kreisförmigen Querschnitte.
Die Meßergebnisse mit diesem strahler sind in Fig. 3 dargestellt.
Die Antennen der erfindungsgemäßen Art zeichnen sich durch gute Ausnutzung ihrer Querschnittsflache (über 1 liegender Flächenwirkungsgrad) bei gleichzeitig geringem beitenzipfelpegel aus. Ein weiterer vorteil dieser Antennen iet die lzreitbandigkeit ihrer Strahlungseigenschaften. Durch den einfachen Aufbau dieser Antennen ist speziell bei Serienfertigung eine sehr preiswerte Herstellung möglich. Anwendungen sind für Antennen mit Gewinnwerten> 15 dB und als Elnzelstrahler in Gruppenantennen mit begrenztem ochwenkbereich sinnvoll. Besonders bei hohen Frequenzen (# 10 GHz) wirkt sich der einfache Aufbau dieser Antennen sehr vorteilhaft aus.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Dielektrische Richtantenne fUr den Mikrowellenbereich bestehend aus einem hohlleitergespeistenJ rotationssym--metrischen,dielektrischen Körper, dessen Achse sich in Ausbreitungsrichtung erstreckt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der dielektrische Körper der Länge L eine birnenförmige rotationssymmetrische Gestalt aufweist, deren Durchmeaser von der Speisestelle maximalen Wert D # ( (1,5 ... 2) ansteigt und sich zum Strahlere wieder derart verringert, daß ein Ubergang in ein näherungsweise ellipsoidförmiges Strahlerende erfolgt, welches sich ergibt, wenn man die summe aus großer Halbachse und Exzentrizität E der zugrundeliegenden Ellipse gleich der Körperlänge L setzt und die Exzentrizität zu E - (0,6 1 wählt.

2. Dielektrische Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Speisung über einen hohlleiter kreisförmigen Querschnitts erfolgt, der mit der Hll-Welle angeregt ist.

1 und

3. Dielektrische Antenne nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter andere,z.B. Hybridmoden,führt. -

4. Dielektrische Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren speisung über ein Horn kreisförmigen Querschnitts erfolgt, das mit der H11-welle angeregt ist.

5. Dielektrische Antenne nach Anspruch/1 und 4, daduch gekennzeichnet, da13 das Horn andereXz.B. Hybridmoden' führt.

6. Dielektrische Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Speisung über einen liohlleiter rechteckigen Querschnitts erfolgt, der mit der H10-Welle angeregt ist, derart,daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine rotationssymmetrische Forteetzung übergeht.

7. Dielektrische Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter andere toden z.B. Itybridmoden führt.

8. Dielektrische Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der deren speisung über ein rechteckiges Horn erfolgt, das mit der HlO-sXelle angeregt wird, derart, daß der anfangs ebenfalls rechteckige dielektrische Körper in eine rotationssymmetrische Fortsetzung übergeht.

9. Dielektrische Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Horn anderez.B. iiybridmoden>führt.

L e e r s e i t e