DE2930932C2

DE2930932C2 - Rillenhornstrahler

Info

Publication number: DE2930932C2
Application number: DE2930932A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dipl.-Ing. 8000 München Thiere; Werner Dipl.-Ing. 8031 Gröbenzell Vallentin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1979-07-30
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS5623003A; US4295142A; FR2462789A1; GB2056181A; JPS5952562B2; IT8023665A0; FR2462789B1; IT1132236B; DE2930932A1; GB2056181B

Description

a) ein sich an den ersten Abschnitt (2) anschließender, mit konstantem Querschnitt ausgebildeter, glattwandiger Hohlleiterabschnitt (3),

b) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, glattwandiger und hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt

c) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt mit einer Anpassungszone (5), die aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Rillen (6, 7) besteht, die hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur (10) bemessen sind, die außerdem hinsichtlu:!¹ ihrer Tiefe die Rillentiefe in der periodischen Rillenstruktur (10) übersteigen und die mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter (1) gerichteten Ausweitung (11) versehen sind, die, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz, etwa eine achtel Wellenlänge tief ist.

2. Rillenhornstrahier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des letzten Trichterabschnitts (8) der Übergangszone größer als der Öffnungswinkel des Trichterstrahlers mit der regelmäßig periodischen Rillenstruktur (10) ist.

3. Rillenhomstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (6, 7) im Trichterabschnitt mit der Anpassungszone (5) mit dielektrischem Werkstoff ausgefüllt sind.

4. Rillenhornstrahier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Primärstrahler in einer Cassegrain-Antenne.

5. Rillenhornstrahier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Primärstrahler in einer brennpunktgespeisten Antenne.

6. Rillenhornstrahier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt rotationssymmetrisch ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rillenhornstrahler, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiter mit konstantem Querschnitt und einem Trichterstrahler mit einer regelmäßig periodischen Riüenstruk- b tür mit einer Rillentiefe von weniger als einer viertel Wellenlänge, bezogen auf die niedrigste Betriebsfrequenz, eine Übergangszone eingefügt ist, die, ausgehend vom genannten Speisehohlleiter, aus mehreren sich aneinander anschließenden Abschnitten besteht, deren

ίο erster-ein sich gleichmäßig erweiternder, glattwandiger Hohlleiterabschnitt ist und deren letzter ein hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung gleichmäßig zunehmender Trichterabschnitt ist, der aus mehreren aufeinanderfolgenden Rillen besteht, deren Tiefe kontinuierlich bis zu der Tiefe der regelmäßigen Rillenstruktur abgestuft ist

Beispielsweise für den Betrieb einer Sende-/Empfangsantenne mit Strahlungen in zwei orthogonalen Polarisationen ist es notwendig, Strahler mit vorzugsweise niedriger Kreuzpolarisation zu verwenden. Ein rotationssymmetrisches Strahlungsfeld und ein geringer Reflexionrfaktor werden dabei vorausgesetzt. Auf dem Gebiet der Mikrowellenantennen finden Rillenhornstrahier wegen dieser günstigen elektrischen Eigenschäften ein weites Anwendungsfeld. Die meisten der bisher bekannt gewordenen Rillenhornstrahier beziehen sich auf Anwendungen bis zu einer maximalen Bandbreite von ca. 20% oder genügen breitbandig keinen allzu hohen Anforderungen hinsichtlich des Kreuzpolarisationsverhaltens.

Mehrere bekannte Rillenhornstrahier arbeiten mit einer Rillentiefe, die größer als eine viertel Wellenlänge ist.
Außerdem sind Rillenhornstrahier bekannt, bei denen die Rillen für die unter:' ftoq^enzbandbreite weniger als eine viertel Wellenlänge "ief bind, ζ. B. aus »IEEE Transactions«, Band AP-26, Nr. 2, März 1978, Seiten 367 bis 372. Die Trichter-Rillenstruktur besteht hierbei aus zwei Abschnitten. Der sich an den glattwandigen Speisehohlleiter anschließende Rillenstruktur-Trichterabschnitt nimmt hinsichtlich seiner Querschnittsabmessungen zu und besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Rillen, deren Tiefe kontinuierlich bis zu der Tiefe der Rillen im nachfolgenden Rillenstruktur-Trichterabschnitt abgestuft ist. Auch aus »The Bell System Technical Journal«, Juli—August 1977, Seiten 869—889, ist ein solcher Rillenhornstrahier bekannt, der aber zusätzlich noch einen sich gleichmäßig erweiternden, glattwandigen Hohlleiterabschnitt zwischen dem glattwandigen Speisehohlleiter und der Trichter-Rillenstruktur aufweist.

In der US-PS 40 21 814 isi ein relativ breitbandiger Rillenhornstrahier beschrieben, dessen Rillen ebenfalls eine geringere Tiefe aufweisen als eine Viertelwellenlänge am unteren Ende des zu übertragenden Frequenzbandes. Dabei ist die Rille am Übergang zum Speisehohlleiterabschnitt tiefer bemessen als die anderen Rillen.
Die drei zuletzt beschriebenen Rillenhornstrahier zeichnen sich zwar durch eine verhältnismäßig gute Diagrammsymmetrie im Bereich der unteren Frequenzbandgrenze und durch einen niedrigen Reflexionsfaktor im Bereich der oberen Frequenzbandgrenze aus, weisen jedoch eine ungenügende Anpassung im unteren Frequenzbandbereich und eine größere Diagrammunsymmetrie und eine höhere Kreuzpolarisation im oberen Frequenzbandbereich auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen

Rillenhornstrahler eine Übergangszone zu schaffen, welche nicht nur hinsichtlich der Anpassung, sondern auch bezüglich der Diagrammsymmetrie und des Kreuzpolarisationsverhaltens breitbandig günstig gestaltet ist, so daß beispielsweise der Einsatz des Hornstrahlers in einer Reflektorantenne für Doppelpolarisationsbetrieb möglich ist, weiche ein Empfangsband von 3,7 GHz bis 4,2 GHz und ein Sendeband von 5,925 GHz bis 6,425 GHz überdecken kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die übrigen Abschnitte der Übergangszone folgendermaßen ausgebildet sind,

a) ein sich an den ersten Abschnitt anschließender, mit konstantem Querschnitt ausgebildeter, glattwandi- _ί5 ger Hohlleiterabschnitt

b) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, glattwandiger und hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt,

c) ein sich daran stoß- und knickfrei anschließender, hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung monoton, insbesondere exponentiell, anwachsender Trichterabschnitt mit einer Anpassungszone, die aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Rillen besteht, die hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur bemessen sind, die außerdem hinsichtlich ihrer Tiefe die Rillentiefe in der periodischen Rillenstruktur übersteigen und die mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter gerichteten Ausweitung versehen sind, die, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz, etwa eine achtel Wellenlänge tief ist.

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In vorteilhafter Weise ist der Öffnungswinkel des letzten Trichterabschnitts der Übergangszone größer als der öffnungswinkel des sich daran anschließenden Trichterstrahlers mit der regelmäßigen, periodischen Rillenstruktur.

Das Merkmal c ist im wesentlichen aus dem Aufsatz »IEEE Transactions«, Band AP-24, November 1976, Seiten 786—792, insbesondere S. 791, bekannt.

In der Patentanmeldung P 28 36 869.6 ist bereits ein Rillenhornstrahler vorgeschlagen, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiterabschnitt auf der einen Seite und einer sich konisch erweiternden, periodischen Rillenstruktur von etwa einer viertel Wellenlänge auf der anderen Seite eine Anpassungszone eingefügt ist, welche durch eine einzige jedoch erheblich schmäler als die Rillen der periodischen Rillenstruktur bemessene Rille gebildet wird, die ebenfalls eine Tiefe von etwa einer viertel Wellenlänge aufweist und mit einer in Richtung zum Speiseiiohlleiter gerichteten Ausweitung versehen ist.

An Hand einer Figur wird ein Ausführungsbeispiel eines mit einem runden Querschnitt versehenen Rillenhornstrahlers nach der Erfindung erläutert.

Die Figur zeigt eine Längsschnittansicht eines Rillenhornstrahlers nach der Erfindung. Dieser weist eine Rotationssymmetrie und somit einen kreisförmigen Querschnitt auf und soll für ein Empfangsband von 3,7 GHz bis 4,2 GHz und ein Sendeband von 5,925 GHz bis 6,425 GHz einsatzfähig sein. An einen glattwandigen Speisehohlleiter 1 mit konstantem Querschnitt schließt sich ein sich konisch erweiternder, glattwandiger Hohlleiterabschnitt 2 an, dessen Konuswinkel etwa Γ beträgt. Danach folgt ein zylindrisch ausgebildeter, glattwandiger Hohlleiterabschnitt 3, welcher als Phasenlaufraum dient und eine spezifische Länge sowie einen spezifischen Durchmesser aufweist und ohne mechanischen Stoß und Knick in einen glattwandigen Abschnitt 4 eines Exponentialtrichters übergeht Der Exponentialtrichter mündet im weiteren Verlauf an einer günstigen Stelle in eine Anpassungszone 5, die aus zwei aufeinanderfolgenden Rillen 6 und 7 besteht welche mit dielektrischem Werkstoff ausgefüllt sein können. Nach diesen beiden Rillen 6 und 7 folgt ein konischer Trichterabschnitt 8, der aus mehreren aufeinanderfolgenden, in der Tiefe kontinuierlich abnehmenden Rillen 9 besteht Danach folgt eine sich konisch erweiternde, regelmäßig periodische Rillenstruktur 10 mit einer Rillentiefe von weniger als einer viertel Wellenlänge, bezogen auf die niedrigste zu übertragende Betriebsfrequenz. Die beiden aufeinanderfolgenden Rillen 6 und 7 in der Anpassungszone 5 sind hinsichtlich ihrer Breite erheblich schmäler als die Rillen der regelmäßig periodischen Rillenstruktur 10 und außerdem in ihrer Breite geeignet abgestimmt. Hinsichtlich ihrer Tiefe übersteigen die Riilen 6 und 7 die Rillen in der periodischen Rillenstruktur 10. Außerdem sind die beiden Rillen 6 und 7 jeweils mit einer in Richtung zum Speisehohlleiter 1 gerichteten Ausweitung 11 versehen.

Zu beachten ist, daß der Öffnungswinkel des Trichterabschnitts 8 größer ist als der Öffnungswinkel des sich daran anschließenden Trichterstrahlers mit der regelmäßig periodischen Rillenstruktur 10.

Die notwendige Wandimpedanz zur Erzeugung einer stabilen symmetrischen Hybridfeldverteilung läßt sich durch eine Abstimmung der Schlitzbreite der Rillen 6 und 7 im Übergang fein abgleichen. Dabei ergeben sich sehr niedrige Reflexionen über die gesamte Bandbreite. Die notwendige Eii-Anregung im Sendeband zur Stabilisierung guter Symmetrieeigenschaften über die gesamte Bandbreite wird durch einen Feinabgleich der Länge des Phasenlaufraums 3 erzielt. Der Querschnitt wird so gewählt daß die Anregung nur bei den höheren Frequenzen wirksam ist

Eine gezielte Verbesserung der Diagrammsymmetrie im angesprochenen Sendeband wird über die bewußte Anregung eines höheren Wellentyps (Επ-Welle) im Hohlleiterabschnitt 2 und eine günstige Einstellung seiner Phasenlage bezüglich des Grundwellentyps (HirWelle) durch den sich daran anschließenden, einen Phasenlaufraum bildenden Hohlleiterabschnitt 3 zur Ausbildung der HEn-WeIIe im Rillenhornstrahler ermöglicht. In diesem Zusammenhang wird auf den Aufsatz von Clarricoats »Propagation und Radiation Behavior of Corrugated Feeds« aus »Proceedings of the IEEE« Band 118, Nr. 9, September 1971, Part. 1 und 2, hingewiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rillenhornstrahier, bei dem zwischen einem glattwandigen Speisehohlleiter mit konstantem Querschnitt und einem Trichterstrahler mit einer regelmäßig periodischen Rillenstruktur mit einer Rillentiefe von weniger als einer viertel Wellenlänge, bezogen auf die niedrigste Betriebsfrequenz, eine Obergangszone eingefügt ist, die, ausgehend vom genannten Speisehohlleiter, aus mehreren sich aneinander anschließenden Abschnitten besteht, deren erster ein sich gleichmäßig erweiternder, glattwandiger Hohlleiterabschnitt ist und deren letzter ein hinsichtlich seiner Querschnittsabmessung gleichmäßig zunehmender Trichterabschnitt ist, der aus mehreren aufeinanderfolgenden Rillen besteht, deren Tiefe kontinuierlich bis zu der Tiefe der regelmäßigen Rillenstruktur abgestuft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Abschnitte der Übergangszone folgendermaßen ausgebildet sind,