DE2641936A1

DE2641936A1 - Dipolstrahler

Info

Publication number: DE2641936A1
Application number: DE19762641936
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1977-04-28
Also published as: US4109254A; GB1555307A; NO763199L; JPS5245854A

Description

Dipo lstrahler
Die Erfindung betrifft einen Dipolstrahler und besonders einen Strahler zum Speisen parabolischer Reflektoren. Es ist bekannt, daß bei Verwendung eines Halbwellen-Dipols mit einer Reflektor- oder Prallplatte wegen Ungleichheiten in den E- und H-Ebenen-Strahlen die Einspeisung für parabolische Reflektoren schlecht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Dipolstrahler bei Verwendung eines Halbwellen-Dipols zu schaffen, der zum Speisen eines parabolischen Reflektors geeignet ist und bei dem das oben angeschnittene Problem vermindert ist.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein zum Speisen eines parabolischen Reflektors geeigneter Dipolstrahler einen Halbwellen-Dipol, der an der Öffnung eines flachen Hohlraumes angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der Hohlraum zylindrisch.
Vorzugsweise besitzt der zylindrische Hohlraum einen Durchmesser, der etwa dem Dreifachen seiner Tiefe entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen linear polarisierten Strahlers ist die Höhe des Halbwellen-Dipolelements über der Grundfläche des Hohlraums annähernd gleich der Tiefe des Hohlraums, so daß das Dipol-Element sich weiter als der Hohlraum erstreckt. Vorzugsweise besitzt der zylindrische Hohlraum einen Durchmesser von 0,72und eine Höhe von 0,26 R , und das Halbwellen-Dipol-Element ist 0,26 ,über der Grundfläche des Hohlraumes angeordnet.
Ein ringörmiges Joch oder mehrere solche Joche können in dem Hohlraum vorgesehen sein, um die Rückstrahlung des Strahlers zu vermindern.
In einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen' zirkular polarisierten Strahlers sind zwei gekreuzt angeordnete Halbwellen-Dipol-Elemente so angeordnet, daß eines induktiv, das andere kapazitiv ist.
Vorzugsweise befinden sich die Kreuz-Dipole so hoch über der Grundfläche des Hohlraumes, daß die Kreuz-Dipol-Elemente plan mit der Öffnung des Hohlraumes liegen. Vorzugsweise besitzt der zylindrische Hohlraum einen Durchmesser von 0,66 A und eine Tiefe von 0,28 A und die Kreuz-Dipole sind 0,1 X über der Grundfläche des Hohlraumes angeordnet.
Vorzugsweise ist jedes der zwei gekreuzten Halbwellen-Dipol-Elemente mit einem eigenen Einspeisungspunkt versehen.
Durch die getrennten Einspeisungspunkte für die zwei gekreuzten Halbwellen-Dipol-Elemente können die zwei Elemente durch einen Leistungsteiler, z.B. einen Hybrid-Leistungsteiler, gespeist werden, der eine Last enthält, um von dem Parabolspiegel auf.den zum Speisen des Spiegels verwendeten Dipolstrahler reflektierte Leistung absorbieren zu können.
Zusätzlich gestattet die erfindungsgemäße Anordnung wegen der zwei Einspeispunkte, wenn nötig, die Zirkularität von linkshändig auf rechtshändig umzuschalten.
Vorzugsweise werden die zwei Halbwellen-Dipol-Elemente über Symmetrierglieder gespeist, die aus einem massiven, durch vier Längsschlitze in einem Abschnitt seiner Länge in vier Teile geteilten Metallstab gebildet werden, wovon zwei Teile zum Speisen des einen gekreuzten Dipol-Elementes und die beiden anderen zum Speisen der beiden Elemente des anderen gekreuzten Dipol-Elementes benutzt werden.
Vorteilhafterweise ist der Stab ein runder Metallstab und der Abschnitt beträgt etwa x , wobei die Wellenlänge ist, die der mittleren Betriebsfrequenz des Strahlers entspricht.
Vorteilhafterweise besitzt der Stab einen Durchmesser von 1,5 cm.
Vorzugsweise umfaßt die Einspeisung der durch die Stabteile geschaffenen Symmetrierglieder ein Koaxialkabel für beiden Dipol, das sich durch einen der zugehörigen beiden Teile erstreckt und dessen AuBenleiter mit diesem Teil verbunden ist, während sein Innenleiter mit dem anderen der beiden Teile verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Hohlraum mit mindestens einem umlaufenden Ring umgeben.
Die Einspeisanordnung für den Dipol oder die Dipole kann durch die Grundfläche des Hohlraumes hindurchtreten, oder sie kann an der der Grundfläche des Hohlraums abgewandten Seite des Dipols oder der Dipole vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen linear polarisierten Strahlers, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Strahler nach Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen zirkular polarisierten Strahler, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie A-A der Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht, Fig. 6 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Dipolstrahlers und Fig. 7 eine Seitenansicht einer Abwandlung des Dipolstrahlers nach Fig. 6.
In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
In Fig. 1 und 2 ist ein symmetriertes Halbwellen-Dipol-Element 1 an der Öffnung eines Hohlraumes 2 angebracht. Der Hohlraum hat einen inneren Durchmesser d gleich 0,72 h und eine Höhe h gleich 0,26 t ,und das Dipol-Element 1 ist in einer Höhe von 0,26 jet über der Grundfläche des Hohlraumes angebracht, so daß sich das Dipol-Element 1 außerhalb des Hohlraumes erstreckt. Das Dipol-Element 1 ist wie gezeigt in der Mitte des Hohlraumes angebracht.
Bei dem dargestellten Strahler wurde unter Verwendung eines über einen Schlitz gespeisten Dipols eine Eingangsimpedanz von annähernd 50 Ohm gemessen, während der Öffnungswinkel des Halb-Leistungs-Strahls (-3 dB) etwa 780 betrug und der Öffnungswinkel bei -10 dB annähernd 1580 betrug (Halbstrahlöffnung 79°).
Wenn erforderlich, kann ein Ringjoch(nicht gezeigt) oder können mehrere Ringjoche in den Hohlraum eingeführt werden, um die Strahlung in Rückwärtsrichtung des Strahlers zu vermindern. Wenn ein oder mehrere Ringjochevorgesehen sind, wird auch die Strahlbreite bei -3 dB und bei -10 dB verringert. Wenn die Größe und die Anzahl der Ringåochevermehrt wird, wächst die Strahlverengung ebenfalls an.
In Fig. 3 und 4 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 verwendet. Hier werden zwei gekreuzte Dipol-Elemente 3 und 4 verwendet, wobei das Dipol-Element 4 induktiv und das Dipol-Element 3 kapazitiv sind, und beide wieder an der Öffnung des Hohlraums 2 angebracht sind.
Die Kreuz-Dipol-Anordnung besitzt eine einzige koaxiale Einspeisung 5 und wird über einen Schlitz eingespeist.
Der Hohlraum 2 ist kreisförmig mit einem Durchmesser d gleich 0,66 & . Die Höhe h des Hohlraumes 2 ist 0,28 %und die Dipol Elemente sind in einer Höhe k' gleich 0,227überder Grundfläche des Hohlraums 2 angeordnet. In diesem Fall liegen die Dipol-Elemente mit der Öffnung des Hohlraums 2 eben.
Der Hohlraum 2 ist von einem umlaufenden Ring 6 umgeben, dessen Durchmesser d' gleich 0,88 /x ist. Der Ring 6 ist in Fig.3 nicht dargestellt. Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Beispiel ergab sich ein Halb-Leistungs-Strahl (bei -3dB) von 720 und ein Öffnungswinkel bei -10 dB von 1440 (Halbstrahl 720).
Der Durchmesser d des Hohlraums 2 kann zur Veränderung der Strahlbreite des Strahlers zur Anpassung an verschiedene Arten mit dem Strahler verwendeter parabolischer Reflektoren verändert werden. Die Auswirkung des Durchmessers d des Hohlraums 2 auf die Strahlbreite ist jedoch nicht groß, und es ist besser, den Durchmesser d' des umlaufenden Rings 6 zu verändern undfwenn nötig, mehr als einen umlaufenden Ring vorzusehen.
In Fig. 5 sind zwei gekreuzte Dipol-Elemente 3 und 4 an der Öffnung des Hohlraums 2 angebracht. Jedes Dipolelement ist so angeordnet, daß es durch eine Symmetrieranordnung 7 gespeist werden kann, die aus einem runden Metallstab 8 mit 1,5 cm Durchmesser besteht, der durch Längsschlitze 11 in vier Teile 9, 9' und 10, 10' unterteilt ist. Die Schlitze 11 erstrecken sich über eine Länge, die % beträgt, wobei Ä die der mittleren Arbeitsfrequenz des Strahlers entsprechende Wellenlänge ist. Die Teile 9 und 9' bilden ein Symmetrierglied für die Dipol-Elemente 3, während die Teile 10 und 10' ein Symmetrierglied für die Dipol-Elemente 4 bilden. Das Symmetrierglied 9, 9' wird durch ein Koaxialkabel 12 gespeist, das sich durch eine in Längsrichtung des Stabes 8 durch den Teil 9 verlaufende Bohrung erstreckt. Der Außenleiter des Koaxialkabels 12 ist elektrisch mit dem Teil 9 verbunden und der Innenleiter ist mit dem Teil 9' verbunden.
Gleicherweise ist ein Koaxialkabel 13 vorgesehen, um das aus 10 und 10' bestehende Symmetrierglied zu speisen.
Wie bei der Anordnung nach Fig. 3 und 4 ist auch hier der Hohlraum 2 kreisförmig und besitzt einen Durchmesser d gleich 0,66 . Die Tiefe h des Hohlraums 2 beträgt 0,28 t und die Dipol-Elemente sind von der Mittelebene der Dipol-Elemente aus gemessen in einer Entfernung h' gleich 0,1 R von der Grundfläche des Hohlraums 2 angeordnet.
Wenn die Strahleranordnung zur Speisung eines parabolischen Reflektors angeordnet ist, werden die Koaxialkabel 12 und 13 aus einem Bandleitungs-Hybrid-Leistungsteiler gespeist, der eine Last zum Absorbieren der Leistung enthält, die von dem parabolischen Reflektor im Betrieb auf den Strahler reflektiert wird.
Auch in diesem Fall kann ein umschließender Ring wie der bei 6 in Fig. 4 gezeigte vorgesehen sein.
Die getrennten Einspeisungen für die gekreuzten Halbwellen-Dipol-Elemente kann benutzt werden, um die Zirkularität von linkshändig (LH) auf rechtshändig (RH), wenn nötig, umzuschalten.
Die in Fig. 7 dargestellte Anordnung ist in ihrer Wirkung mit der von Fig. 6 identisch, außer, daß die Symmetriereinspeisungs-Anordnung 7 nicht mehr durch die Grundfläche des Hohlraumes 2 hindurchgeht, sondern das Symmetrierglied 7 an der der Grundfläche des Hohlraums 2 abgewandten Seite der Dipol-Elemente 3,4 vorgesehen ist.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche 1. Dipol-Strahler zum Speisen eines parabolischen Reflektors, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß er einenan der Öffnung eines flachen Hohlraumes (2) angeordnete Halbwellen-Dipol (1) umfaßt.
2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Hohlraum zylindrisch ist.
3. Strahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Durchmesser (d) des zylindrischen Hohlraums annähernd dreimal so groß ist wie seine Tiefe (h).
4. Strahler miXnearer Polarisieiung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Halbwellen-Dipol-Element (1) in einer der Tiefe des Hohlraumes entsprechenden Höhe über der Grundfläche des Eohlraums (2) angebracht ist, so daß sich das Dipol-Element über den Hohlraum hinaus erstreckt.
5. Strahler nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der zylindrische Hohlraum einen Durchmesser (d) von 0,72 nund eine Tiefe (h) von 0,26 A besitzt, und daß das Halbwellen-Dipol-Element in einer Höhe von 0,26 h über der Grundfläche des Hohlraumes angeordnet ist.
6. Strahler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in dem Hohlraum (2) ein Ringjoch oder mehrere Ringåoche vorgesehen sind, um die Rückstrahlung des Strahlers zu vermindern.
7. Strahler mit zirkularer Polarisierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß zwei gekreuzte Halbwellen-Dipol-Elemente (3,4) so angeordnet sind, daß eines (4) induktiv und das andere (3) kapazitiv ist.
8. Strahler nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die gekreuzten Dipole (3,4) in einer solchen Höhe (k') über der Grundfläche des Hohlraumes angebracht sind, daß die gekreuzten Dipol-Elemente mit der Öffnung des Hohlraumes eben liegen.
9. Strahler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der zylindrische Hohlraum (2) einen Durchmesser (d) von O,66)L und eine Tiefe (h) von 0,28 , besitzt, und daß die gekreuzten Dipol-Elemente (3,4) einen Abstand (k) von 0,1.,über der Grundfläche des Hohlraumes besitzen.
10. Strahler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeder der beiden gekreuzten Halbwellen-Dipole (3,4) mit einem eigenen Einspeispunkt versehen ist.
11. Strahler nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die beiden Halbwellen-Dipol-Elemente (3,4) über Symmetrierglieder gespeist werden, die aus einem massiven, über einen Abschnitt seiner Länge durch vier Längsschlitze (11) in vier Teile (9,9'; 10,10') geteilten Metallstab (8) gebildet sind, von denen zwei (9,9') benutzt werden, um eines der beiden gekreuzten Dipol-Elemente (3) zu speisen, und die beiden anderen (10,10') benutzt werden, um die beiden Elemente (4) des verbleibenden gekreuzten Dipol-Elementes zu speisen.
12. Strahler nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Stab ein runder Metallstab (8) ist und daß der Längenabschnitt annähernd gleich ^. beträgt, wobei x die der mittleren Betriebsfrequenz des ÇStrahlers entsprechende Wellenlänge ist.
13. Strahler nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n -z e i c hn e t , daß der Stab (8) einen Durchmesser von 1,5 cm besitzt.
14. Strahler nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Einspeisung für die durch die Teile (9,9'; 10,10') des Stabes (8) gebildeten Sgm(me2triefgliederfürjedes Dipol-Element (3,4) ein KoaxialkabeX 9 fáßt, das sich durch eines der zugeordneten zwei Teile (9;10) erstreckt und dessen Außenleiter mit diesem Teil (9;10) elektrisch verbunden ist, und dessen Innenleiter mit dem anderen (9';10') der beiden Teile verbunden ist.
15. Strahler nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Elemente (3,4) so angeschlossen sind, daß sie durch einen Beistungsteiler gespeist werden, der eine Last zum Absorbieren der Leistung enthält, die von einem Parabolreflektor auf den Dipolstrahler zurückgestrahlt wird, wenn der Dipolstrahler als Speisung für den Reflektor vorgesehen ist.
16. Strahler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlraum (2)vznwavgst.q einem umlaufenden Ring (6) umgeben ist.
17. Strahler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß die Einspeiseanordnung (5;12,13) für den Dipol oder die Dipole durch die Grundfläche des Hohlraums hindurchtritt.
18. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einspeiseanordnung (12,13) für den Dipol oder die Dipole an der der Grundfläche des Hohlraums abgewandten Seite des Dipols oder der Dipole vorgesehen ist.
19. Strahler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch ihn ein Parabolreflektor eines Antennensystems gespeist wird.