DE2607809A1

DE2607809A1 - Mikrowellenantenne geringer buendelung

Info

Publication number: DE2607809A1
Application number: DE19762607809
Authority: DE
Inventors: Karl-Peter Dr Ing Dombek
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1976-02-26
Filing date: 1976-02-26
Publication date: 1977-09-01

Description

Mikrowellenantenne geringer Bündelung
Die Erfindung hat eine Mikrowellenantenne geringer Bündelung mit einer direkt strahlenden, ggf. im Querschnitt zu einem hin Hornstrahler erweiterten oder zur Speisung eines Längsstrahlers dienenden Hohlleitung zum Gegenstand.
Die ältere eigene Patentanmeldung P 25 49 363.4 hat eine Anordnung zur Kompensation der Reflexion am Ende einer direkt sbstrahlenden oder zur Anregung eines Längsstrahlers dienenden Hohlleitung zum Gegenstand, bei der die Hohlleitung in einer axialen Entfernung von 0,1 bis 0,4 der Hohlleitungswellenlänge vor ihrem strahlenden Ende mindestens eine Unstetigkeit im Querschnitt aufweist, welche je einen zur jeweils vorhandenen Reflexion gegenphasigen Energieanteil bewirkt und als die Hohlleitung auftrennender Querschlitz und/oder als unstetiger Übergang zu einer veränderten lichten Weite der Hohlleitung ausgebildet ist. Mit dem Querschlitz oder der Querschnittserweiterung soll bei der älteren Anmeldung die Reflexion an der Sprungstelle am Ende der Hohlleitung kompensiert werden.
Es hat sich gezeigt, daß eine in Prinzip gleich aufgebaute Anordnung mit einem die Hohlleitung auftrennenden Querschlitz in der Nähe der Apertur bei einer von der älteren Anordnung nur wenig abweichenden Bemessung auch zur Kompensation der von der Hauptstrahlrichtung abweichenden Strahlungsanteile von Mikrowellenantennen schwacher Bündelung verwendet werden kann, soweit diese Hohlleitungsstrahler, Hornstrahler oder hohlleitungsgespeiste Längsstrahler darstellen.
Derartige von der Hauptstrahlrichtung abweichende Strahlungsanteile treten insbesondere bei den erwähnten Mikrowellenantennen auf, wie sie häufig als Einzelstrahler in Gruppenantennen oder als Erreger von Spiegelantennen Verwendung finden. Bei solchen Antennen mit schwach gebündelter Abstrahlung (10-dB-Breiten der Hauptkeulen > 2 x 300) wird ein erheblicher Teil der Energie außerhalb der eigentlichen Hauptkeule abgestrahlt, d.h. die Richtdiagramme weisen hohe Nebenzipfel und hohe Rückstrahlung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strahlungseigenschaften dieser Antennen ohne Vergrößerung ihrer Querabmessungen durch den in der älteren eigenen Patentanmeldung für eine andere Kompensationsaufgabe vorgesehenen Querschlitz zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Mikrowellenantenne geringer Bündelung dadurch gelöst, daß die Breite des Querschlitzes und dessen axialer Abstand von der Apertur so gewählt sind, daß einerseits die durch den Querschlitz hervorgerufenen, von der Hauptstrahlrichtung abweichenden Strahlungsanteile im Betrag den durch die Mikrowellenantenne selbst erzeugten, von der Hauptstrahlrichtung abweichenden Strahlungsanteilen entsprechen, andererseits aber in der Phase um 180° gegenüber diesen verschoben sind.
Diese Richtcharakteristikverbesserung wird durch die zusätzliche, durch den Querschlitz abgestrahlte Energie erreicht.
Die Amplitude dieser Energie läßt sich durch die Breite des Querschlitzes und ihre relative Phase, durch dessen Abstand von der Apertur, der identisch mit der Breite des durch den Querschlitz abgetrennten vorgelagerten Hohlleitungs- bzw.
Hornstrahlerstücks ist, in geeigneter Weise variieren, so daß eine fast vollständige Kompensation in bestimmten Abstrahlrichtungen erreicht werden kann.
Als Hohlleitung kommen nicht nur Rundhohlleiter sondern auch alle sonst üblichen Hohlleitungs- und Strahlerformen in Betracht.
Die Breite des Querschlitzes und sein Abstand von der Apertur hangen demzufolge von der Art der Antenne ab, bei der die Erfindung eingesetzt werden soll. Sinnvolle Bemessungen liegen unter 0,1 Hohlleitungswellenla@gen für die Breite und 0,4 Hohlleitungswellenlängenfür den Abstand des Querschlitzes von der Apertur.
Ein bevorzugter Anwendungsfall ist ein direkt strahlender Rundhohlleiter, der sich gegebenenfalls zur Apertur hin trichterförmig zu einem Hornetrahler erweitern kann.
Die Erfindung ist aber keineswegs auf rotatinssymmetrische Anordnungen beschränkt, sondern läßt sich mit Vorteil auch bei durch Rechteckhohlleiter gespeisten und auf einen quadratischen Querschnitt erweiterten E-Sektor-Hornstrahlern verwenden.
Im Falle des Einsatzes der Erfindung bei einem dielektrischen Längsstrahler ist ein Rundhohlleiter mit einem Dielektrikum gefüllt, welches sich als zylindrischer Körper über die Apertur des Rundhohlleiters hinaus erstreckt.
Wird die Erfindung bei einem Hohlleiter- oder ilornstrahler eingesetzt, so ist zweckmäßig der Querschlitz zur lialterung des durch den Querschlitz abgetrennten Hohlleiter- bzw.
Hornstrahlerstücks mit einem dielektrischen Distanzkörper ausgefüllt.
Eine andere vorteilhafte Mdglichkeit zur Halterung besteht darin, daß der Hohlleiter- bzw. Hornstrahlerquerschnitt im Bereich des Querschlitzes und zur Apertur hin mit eine Di -elektrikum niedriger Dielektrizitatskonstante, z.B. aufgeschäumtem Polystyrol, ausgefüllt ist.
Zur zusätzlichen Kompensation der durch den Querschlitz und die Apertur verursachten Reflexion kann zweckmäßig eine sprunghafte Querschnittsaufweitung im speisenden Hohlleiter vorgesehen sein.
Im folgenden wird anhand von 3 Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert.
Von den sechs hierzu vorgesehenen Figuren zeigen im einzelnen die Fig. 1a einen durch einen Rundhohlleiter angeregten dielektrischen Stielstrahler, die Fig. 1b einen E-Sektor-Hornstrahler mit quadratischer Apertur und Speisung durch einen Rechteckhohlleiter, die Fig. 1c einen offenen Rundhohlleiterstrahler.
Die Figuren 2a bis 2c zeigen die mit den Ausführungsformen der Figuren 1a bis 1c gemessenen Richtdiagramme und zwar gestrichelt ohne, voll ausgezogen dagegen mit demnach der Erfindung vorzusehenden Querschlitz.
Bei dem dielektrischen Stielstrahler nach Fig. la ist in einen Rundhohlleiter 3 mit einer lichten Weite von d = 15 mm ein annähernd gleich starker zylindrischer Körper 4 aus einem verlustfreien Dielektrikum beispielsweise Polystyrol, eingepaßt. Der zylindrische Körper 4 ragt etwa 0,6 Freiraumwellenlängen aus der Apertur des Rundhohlleiters heraus. Der Außendurchmesser@ des Rundhohlleiters beträgt 18 mm.
In die Wandung des Rundhohlleiters 3 ist im axialen Abstand a = 3,4 mm von der Apertur ein umlaufender Querschlitz 2 der Breite b = 2,2 mm vorgesehen. Das durch den Querschlitz abgetrennte ringförmige Hohlleiterteil 1 wird durch den zylindrischen Körper 4 getragen.
Wie das zugehörige Strahlungsdiagramm 2a, welches die Abhängigkeit der relativen Leistung(in db) vom Abstrahlwinkel # von der Strahlerachse aus gerechnet) darstellt, zeigt, tritt eine erhebliche Verminderung der in der gestrichelten Kurve erkennbaren unerwünschten Neben- und Rckstrahlung ein. Die mittlere Betriebafrequenz beträgt ca. 10,5 GHz.
Der E-Sektor-Hornstrahler 5 der Fig. Ib wird durch einen Rechteckhohlleiter 6 gespeist und erweitert sich in seiner quadratisch ausgebildeten Apertur auf jeweils 23 mm Kantenlange. Die Schlitzbreite ist bei ihm mit b = 0,5 mm gewählt, sein axialer Abstand von der Apertur, d.h. die Breite des durch den Querschlitz abgetrennten vorgesetzten Teils des Hornstrahlers beträgt a = 4,5 mm. Das zugehörige Richtdiagramm 2b zeigt auch hier eine deutliche Verbesserung gegenüber der Ausführung ohne Schlitz. Die mittlere Betriebsfrequenz ist ebenfalls 10,5 GHz.
Die letzte Ausführungsform der Fig. 1c zeigt einen direkt abstrahlenden Rundhohlleiter 3, der mit der H11-Welle angeregt ist. Hier beträgt die Schlitzbreite b = 2,1 min und das durch den Querschlitz 2 abgetrennte ringförmige Rundhohlleiterstück 1 ist a = 4,3 mm breit. Die Betriebsfrequenz beträgt ebenfalls 10,5 GHz. Die lichte Weite des D Rundhohlleiters beträgt d 3 23 mm, sein Außendurchmesser ist 28 mm.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die beschriebenen Maßnahmen, trotz Beibehaltung der eigentlichen Aperturabmessungen, wesentliche Verbesserungen der Richtcharakteristik erreicht werden können. Insbesondere läßt sich die bei Spiegelantennen häufig störende Rückstrahlung der Erreger fast völlig unterdrücken.
(9 P a t e n t a n s p r ü c h e) L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Eikrowellenantenne geringer Bündelung mit einer direkt strahlenden, ggf. zum Hornstrahler erweiterten, oder zur Speisung eines Längsstrahlers dienenden Hohlleitung, die in der Nähe der Apertur mit einem die Hohlleitung bzw.

den Hornstrahler auftrennenden Querschlitz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) des Querschlitzes (2) und dessen axialer Abstand (a) von der Apertur so gewählt sind, daß einerseits die durch den Querschlitz hervorgerufenen, von der Hauptstrahlrichtung abweichenden Strahlungsanteile im Betrage den durch die Mikrowellenantenne selbst erzeugten, von der Hauptstrahlrichtung abweichenden Strahlungsanteilen entsprechen, anderseits aber in der Phase um 180° gegenüber diesen verschoben sind.
2. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Querschlitz (2) eine Breite (b) von höchstens 0,1 der Hohlleitungswllenlänge hat und der axiale Abstand (a) von der Apertur unter 0,4 ESohlleitungswellenlin m llebt.
3. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleitung als Rundhohlleiter (3) ausgebildet ist.
4. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundhohlleiter zur Apertur hin zu einem trichterförmigen Hornstrahler erweitert ist.
5. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschlitz (2) in der Nähe der Apertur eines von einem Rechteckhohlleiter (6) gespeisten und auf einen quadratischen Querschnitt erweiterten E-Sektor-Hornstrahlers (5) angebracht ist (Fig. 1b).
6. Mikrowellenantennen nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundhohlleiter (3) mit eine Dielektrikum (4) gefüllt ist, welches sich als zylindrischer Körper über die Apertur des Rundhohlleiters hinaus erstreckt und als dielektrischer Längsstrahler wirkt (Fig. 1a).
7. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 -5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des durch den Querschlitz abetrennten Hohlleiter- bzw. Hornstrahlerstücks der Querschlitz (2) mit einem dielektrischen Distanzkörper ausgefüllt ist.
8. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des durch den Querschlitz abgetrennten Hohlleiter- bzw. Hornstrahlerstücks der Hohlleiter-bzw. Hornstrahlerquerschnitt im Bereich des Querschlitzes und zur Apertur hin mit einem Dielektrikun niedriger Dielektrizitatskonstante, z.B. aufgeschäumtem Polystyrol, ausgefüllt ist.
9. Mikrowellenantenne nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Kompensation der durch den Querschlitz und die Apertur verursachten Reflexion eine sprunghafte Querschnittsaufweitung im speisenden Hohlleiter vorgesehen ist.