-
Trichterantenne
-
Die Erfindung betrifft eine Antenne in Form eines Trichters mit metallischen
Wänden, in dem durch eine Einkoppel anordnung eine Welle angeregt wird.
-
Sendeantennen mit derartigen Trichtern, bei denen im Trichter eine
längs der Trichterachse sich ausbreitende Welle läuft und bei denen sich der Querschnitt
des Trichters in Richtung der laufenden Welle stetig vergrößert, sind allgemein
bekannt. Nach dem Reziprozitätstheorien passiver Antennen sind sie auch als Empfangsantennen
verwendbar. Man weiß, daß das Fernfeld-Richtdiagramm der Trichteröffnung nur dann
eine definierte Hauptstrahlung und wenig Nebenstrahlung besitzt, wenn sich der Trichter
nur langsam erweitert. Je mehr Richtwirkung man erreichen will, desto größer muß
die Trichteröffnung sein, desto länger wird der Trichter. In kürzeren Trichtern
spaltet sich beispielsweise die Hauptstrahlung in mehrere Strahlungsbereiche auf,
weil aus der Trichteröffnung eine Welle mit Kugelflächenfronten austritt. Wenn man
den Trichter für größere Frequenzbereiche verwenden will, wird die Richtwirkung
im allgemeinen frequenzabhängig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die erforderliche Trichterlänge wesentlich
zu verkürzen, ohne daß sich die Richtwirkung verschlechtert, und die Frequenzabhängigkeit
der Richtwirkung zu vermindern, insbesondere auch die Möglichkeit zu schaffen, daß
der Gewinn in einem größeren Frequenzbereich, z.B. einer Oktave, weitgehend frequenzunabhängig
ist, also beispielsweise die Halbwertsbreite der Hauptstrahlung in diesem Frequenzbereich
annähernd konstant ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Trichterquerschnitt
längs der Trichterachse so erweitert, daß sich in einem ersten Trichterabschnitt
der Winkel zwischen der Trichterachse und der Trichterwand, Trichterwinkel genannt,
längs der Trichterachse derart vergrößert, daß er an einer Stelle der Trichterwand
nahezu den Wert 900 erreicht, also die Trichterwand an dieser Stelle nahezu senkrecht
zur Trichterachse steht und sich dort der Trichterwinkel sprunghaft verkleinert,
also die Trichterwand dort einen Knick macht, um sich in dem anschließenden, zweiten
Trichterabschnitt wieder von der Trichterachse zu entfernen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich der Trichterwinkel
an der Knickstelle um 90°, so daß die anschliessende Trichterwand in der Nähe der
Knickstelle annähernd parallel zur Trichterachse verläuft.
-
Fig.1 zeigt die Form des Trichters nach der Erfindung. Im Trichterabschnitt
W1 erweitert sich der Trichter längs der Trichterachse A. Der Trichterwinkel α
ist in einem Beispiel für den Punkt P der Trichterwand gezeichnet. Er liegt zwischen
der Trichterachse und der Tangente, die im Punkt P an die Trichterwand gezeichnet
ist. In einer Ebene, die im Punkt a der Trichterachse senkrecht zur Trichterachse
steht, ist α nahezu 90°, und die genannte Ebene durch den Punkt a ist nahezu
tangential zur Trichterwand. Bei K macht die Trichterwand im gezeichneten Beispiel
einen Knick von nahezu 900, so daß der anschließende Teil W2 der Trichterwand in
der Nähe der Knickstelle annähernd parallel zur Trichterachse verläuft, um sich
dann wieder von der Trichterachse zu entfernen. Mit dem in Fig.l gezeichneten Trichter
ist es beispielsweise gelungen, mit einer Trichterlänge L, die etwa gleich der Breite
D der Trichteröffnung ist, eine Vergrößerung des Trichterdurchmessers von 1 : 10
zu erzielen und ein scharf bündelndes Richtdiagramm mit Nebenstrahlungen von weniger
als 20 dB in einem Frequenzbereich von 1 : 2 zu schaffen.
-
In einem längeren Trichter können längs der Trichterachse mehrerer
solcher Knickstellen aufeinander folgen, so daß sich beispielsweise der Trichterwinkel
der Trichterwand W2 bis zum Wert 900 vergrößern kann und ein weiterer Knick folgt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der erste
Trichterabschnitt W1 eine andere Querschnittsform als der zweite Trichterabschnitt
W2. Beispielsweise kann der Trichter vor der Knickstelle einen kreisförmigen oder
elliptischen Querschnitt besitzen und hinter der Knickstelle einen quadratischen
oder rechteckigen Querschnitt.
-
Es hat sich gezeigt, daß der Wechsel der Querschnittsform des Trichters
an solchen Knickstellen, in denen die Wand W1 annähernd senkrecht zur Trichterachse
steht, keinen ungünstigen Einfluß auf das Fortschreiten der Welle im Trichter hat,
beispielsweise keine merklichen Reflexionen erzeugt. Der Wechsel der Querschnittsform
an der Knickstelle bietet folgenden Vorteil: Im linken Trichterteil W1 wird die
Trichterwelle angeregt, und man kann dort die Querschnittsform so wählen, daß sie
für die Anregung der Welle besonders günstig ist. Im rechten Trichterteil W2 wird
die Welle in den Raum abgestrahlt, und man kann dort die Querschnittsform so wählen,
daß die Forderungen hinsichtlich der vertikalen Bündelung und.der horizontalen Bündelung
der Raumwelle durch die Abmessungen der Trichteröffnung erfüllt werden.
-
Es ist bekannt, daß die Abstrahlung der Welle durch eine Trichteröffnung
dann besonders frei von Nebenstrahlung ist, wenn der Trichterwinkel α klein
ist, wenn also im Trichter bereits annähernd die ebenen Wellenfronten der Raumwelle
bestehen. Der Trichter nach der Erfindung ergibt einen solchen kleinen Winkel α
in der Umgebung der Trichteröffnung.
-
Der linke Teil W1 des Trichters hat einen relativ kleinen Querschnitt,
was erfahrungsgemäß die Anregung einer im Trichter laufenden Welle besonders einfach
macht. Der Übergang vom kleinen Querschnitt zum großen Querschnitt, der links von
der Knickstelle eine sehr starke Krümmung der Trichwand
besitzt
und in der Knickstelle einen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Welle stehenden
Wandteil besitzt'erleichtert die Ablösung der Welle von der Trichterwand und den
übergang der Welle in den Teil W2. Es ist dies ein ähnlicher Vorgang, wie er in
der Arbeit von H.Liska, H.Meinke und C.Mohr, Wellenablösung von einer Breitband-Kegelantenne,
Nachrichtentechnische Zeitschrift 23 (1970), S.74-79, für einen Rundstrahler beschrieben
ist; dort insbesondere Bild 7.
-
Der Mechanismus dieser Wellenablösung im stark gekrümmten Trichterbereich
ist so beschaffen, daß er bei höheren Frequenzen mit wachsender Frequenz an einem
immer kleineren Querschnitt des Trichters W1 erfolgt, etwa an derjenigen Querschnittsstelle,
an der die Querschnittsabmessungen etwas größer als eine halbe Wellenlänge sind.
Bei diesen höheren Frequenzen tritt bereits aus dem Trichter W1 eine gebündelte
Welle aus, die den größeren Trichter W2 kaum noch berührt. Bei hinreichend hohen
Frequenzen bestimmt also nicht mehr die Öffnung des trichters W2 die Abstrahlung
und die Richtwirkung, sondern weitgehend die den Trichter W1 verlassende, bereits
gebündelte Welle, deren Durchmesser mit wachsender Frequenz immer kleiner wird.
Da die Halbwertsbreite der in den Raum austretenden Raumwelle von dem Verhältnis
des Durchmessers des Wellenbündels zur Wellenlänge abhängt, bietet die Trichterantenne
nach der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, daß die Halbwertsbreite der Bündelung
bei höheren Frequenzen weit weniger von der Frequenz abhängt als dies bei Flächenstrahlern
auftritt.
-
Es ist bekannt, daß man jede symmetrisch aufgebaute Antenne entlang
solcher Symmetrieebenen aufschneiden kann, auf denen die elektrischen Feldlinien
der Wellen senkrecht stehen. Diese halbierte Antenne kann man in der Symmetrieebene
durch eine leitende Ebene ergänzen und erhält dadurch eine funktionsfähige unsymmetrische
Antenne. tan
kann also auch den Trichter nach der Erfindung entlang
einer solchen, durch die Trichterachse laufenden Symmetrieebene aufschneiden und
den halbierten Trichter in der Schnittebene mit einer leitenden Ebene kombinieren
und in dieser durch metallische Wände begrenzten Anordnung eine Welle anregen.
-
Lee se te