DE3009734C2 - Hornantenne annähernd quadratischen Querschnitts mit einem koaxialen zentralen Leiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne gemäß dein Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Hornantenne mit annähernd quadratischem Querschnitt und einem koaxialen zentralen Leiter ist aus der US-PS 30 34 118 bekannt. Der/emiale Leiter trägt bei dieser Antenne vier Stege und ragt über die Aperturflache hinaus. Es handelt sich bei der genannten Antenne um eine spezielle Ausfuhrung. . deren Rahmenbedingungen durch den Umstand eingetngt sind, daß zwei Hornstrahler koaxial zueinander angeordnet sind. Dadurch kann nicht die kürzeste mögliche Bdulänge. bzw. die optimale Strahlbngsbündelung erreicht werden.

ι» In der US-PS 32 33 241 ist ebenfalls ein gattungsgemäßes Horn mit zentralem koaxialem Leiter beschrieben. Eine ähnliche Anordnung findet sich in der FR-PS 11 50 023. Bei beiden Antennen ragt der zentrale Leiter aber deutlich aus der Aperturfläche hervor, so daß

: . weder optimale Strahlungsbündelung noch minimale Baulänge erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Hornantenne der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß i.i einem möglichst breiten Frequenzband eine hohe Strahlungsbündelung bei möglichst kurzer Baulänge der Antenne oder aber bei gegebener Baubnge eine möglichst hohe Bündelung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antenne durch die kennzeichnenden Merkmale des

.¹J Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden in Einzelbeispielen näher erläutert. Es zeigt

jo F i g. 1 a) Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochantenne, b) Querschnitt durch die Antenne nach a), Fig. 2 Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Hornantenne, die eine phasenkompensierte Einkopplungseinrichtungundein DieleHrikum aufweist.

π In F i g. 1 ist 1 der zentrale Leiter, 2 und 3 sind die Hornwände, 6 und 7 die Stege, 9 der Außenleiter und 11 der Innenleiter der Koaxialleitung, 10 und 13 die hochfrequenzmäßige Verbindung des Außen- bzw. Innenleiters mit den Stegen und 12 die Durchführung des innenleiters durch den zentralen Leiter 1. Die für die Einkopplung der or:hogonalen Polarisation notwendige Durchführung ist mit 14 bezeichnet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antenne besteht insbesondere darin, daß sich durch den geeignei

■»> geformten zentralen Leiter 1 zusammen mit den Längsstegen 6, 7 für eine Polarisationsebene in der Nähe der Finkopplungsquerschnittsebene Q 3 zwei elektrisch in Reihe geschaltete inhomogene Leitungen ergeben, die durch die innere leitende Berandung B 1

vi des einen Steges 6 und den zentralen Leiter 1 auf der einen Seite und den zentralen Leiter 1 und die innere leitende Berandung des gegenüberliegenden Steges 7 auf der anderen Seite gebildet werden.

Jede dieser Teilleitungen führt eine Welle WX. V/2.

~i~j wi.»uci uci TTcriciiwiuciaiiiiiu uicsci ι cniciiuirgcri ^u niederohmig gemacht werden kann, wie es zum breitbandigen Arbeiten der Transformationsschaltung notwendig ist. und da der zentrale Leiter und die inneren leitenden Berandungen der Stege gewisse Symmetrie-

bo bedingungen erfüllen, kann die gleiche Anordnung — aber räumlich orthogonal zur ersteren — gleichzeitig in der Antenne Platz finden (Fig. Ib). An die Stelle einer inhomogenen Leitung ist somit die Reihenschaltung zweier identischer inhomogener Leitungen getreten mit

(^ dem Vorteil, daß sich diese Anordnung gleichzeitig für zwei Polarisationsebenen in der gleichen Antenne verwirklichen läßt. Lediglich die Verbindung mit der koaxialen Einkopplung 10, 12, 13 muß in der zweiten

Polarisationsebene geringfügig axial verschoben werden.

Die Einkopplungseinrichtun^ ist so gewählt, daß in den Teilleuungen einer Polarisationsebene Wellen antimetrisch angeregt werden und sich die Eingangsii::- , pedanz aus der Reihenschaltung der F.ingangsimpedanzen der beiden Teillcuungcn ergibt. Durch entsprechende Gestaltung der l.angsschrmtfurm des zentralen Leiters 1 und der leitenden Berandung der Stege kann die Vari i'ion der Wellenwiderstände der Teüleitungen ■;> längs der Antennenachse so gewählt werden, daß '-ich maximale Breitbandigkei' bei minimaler Länge ergibt. In F ig. 1 sind die beiden Teil weilen W 1. W? durch ihre elektrischen Feldlinien dargestellt Ah einer b. -,.!,,unten Querschnittsebene Qi. deren Abstand von der Ebene Q 3 der Einkopplungseinrichiur^ bei einem Wen zwischen 30% und 95⁰O des Ab'-ndes Apenur-F.inkoppiungsfc'oene Q 3 der An^--Cn¹,_ logt, verjüngt sieh der zentrale Leiter so, dbs er noch innerhalb der Antenne endet, und sich aus den oeiden Teilwellen W i, »u W2 durch Kombination eine einzige Welle W3 gleicher Polarisation bildet, die durch die Apertur der Antenne abgestrahlt wird, wodurch optimale Bündelung bei kurzer Antennenbaulänge erreicht wird.

Da die Speisestellen für die beiden Polarisationsebe- 3> nen annähernd in der gleichen Querschnittsebene Q 3 liegen, und die Teilleitungen beider Polarisationsebenen bezüglich ihrer Wellenwiderstandsverläufe völlig identisch gewählt werden können, sind die beiden Polarisationsebenen der Antenne elektrisch praktisch jo völlig gleichwertig.

Der zentrale Leiter 1 kann leitend mit dem Symmetriepunkt IS der rückwärtigen Hornwand verbunden werden; um in diesem Fall ein Kurzschließen der Eingangsimpedanz zwischen den Speisepunkten (10, r, 13 zu verhindern, sollte bei der mittleren Betriebsfrequenz der Abstand vom Symmetriepunkt der rückwärtigen Trichterwand bis zur Querschnittsebene der Einkopplun-jseinrichtung Q 3 annähernd eine Viertelwellenlänge betragen, so daß der Kurzschluß in einen -to hochohmigen Widerstand in der Querschnittsebene C 3 der Einkopplungseinrichtung transformiert wird. Um die entgegengesetzt zur Abstrahlungsrichtung der Wellen IVl. W2 verlaufende Welle zu dämpfen, kann es vorteilhaft sein, den rückwärtigen inneren Teil d?s Horns (in Fig. 1 links der Querschnittsebene <?3) mit verlustbehaftetem Material zu füllen.

Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird in einer Polarisationsebene die einkoppelnde Koaxialleitung 9, 11 schräg durch den zentralen Leiter 1 geführt (F i g. 2). so daß vom Verbindungspunkt 10 des Koaxialkabels mit der inneren leitenden Berandung der Stege aus gerechnet die von den beiden Teilwellen einer Polarisationsebene /u durchlaufenden Wegstrecken bis zur Quersihnittsebene Q 2 in der die Wellenablösung und -kombination stattfindet, annähernd gleich lang sind. Damit ist gewährleistet, daß die Teilwellen annähernd gleichphasig ',ich zu der Kombinationswelle IH addieren, was Voraussetzung füi ein symmetrisches \mennenrichtdiagramm ist.

Line weitere vorteilhafte Ausfaulung der Erf Jung (F ig. 2) verwendet zur Beeinflussung des Wellenwiderst andsverlaufj der Teilleitungen ein Dielektrikum 16,17, das den Raum zwischen dem zentrale Leiter und den inneren leitenden Berandungen Bi, B2 de■ Stege ganz oder teilweise ausfüllt und etwa in der Ablöseebene Q 2 der Teilwellen endet.

Der Querschnitt des zentralen Leiters ist in einer vorteilhaf ;n Ausführungsform der Erfindung annähernd quadratisch oder hat die Gestalt eines regelmäßigen, geradzahligen Vielecks, weil auf diese Weise eine gute Entkopplung der beiden Polarisationsebenen möglich ist. In manchen Fällen ist es in fertigungstechnischer Hinsicht zweckmäßig, den zentralen Leiter so zu gestalten, daß sein Querschnitt mit zunehmendem Abstand von der Spiesezone in einen kreisförmigen übergeht; die Funktion der Antenne wird hierdurch nicht beeinträchtigt.

Hinsichtlich der Ausbildung der inneren leitenden Berandungen Bi, B2 der Stege kommt es ^;m wesentlichen auf die dem zentralen Leiter 1 unmittelbar benachbarten Flächen dieser Berandungen an, die dj.rch die Feldlinienpfeile in den Figuren berührt sind; die Formen der diese genannten Berandungsteüe tragenden Stege sind ansonst konstruktiv weitgehend beliebig wählbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hornantenne annähernd quadratischen Querschnitts für elektromagnetische Wellen mit einem koaxialen zentralen Leiter (1). mit einer Einkopplungseinrichtung für zwei linear polarisierte Wellen, deren elektrische Feldstärkevektoren in zueinander orthogonalen Ebenen liegen, wobei die Einkopp-Jungsorte für beide Wellen annähernd in der gleichen Quer^chnittsebene (Q3) der Antenne liegen, und die Einkopplung durch zwei Koaxialleitungen (9, 11, 14) erfolgt deren, daß durch jede unabhängig von der anderen zwei Teilwellen (WX. W2) gleicher Polarisation antimetrisch zu dem zentralen Leiter (1) angeregt sind, und der Querschnitt des zentralen Leiters (1) wenigstens zu den Polarisationsebenen der beiden linear polarisierten Wellen symmetrisch ist, und ab einer

τ Querschnittsebene (Qi), deren Abstand von der Einkopplung ,querschnittsebene (Q 3) zwischen 30—95% des Abstands der Einkopplungsquerschnittsebene von der Aperturebene liegt, sich zur Apertur hin verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß

die Innenwände (2, 3) der Hornantenne in den Hominnenraum ragende Läng^cstege (6, 7) aufweisen, daß

der zentrale Leiter in seinem Längsschnitt so geformt ist, daß er in axialer Richtung zunächst bis zu der C'ierschnittsebene (01), ab der eine Verjüngung eriolgt, annähernd der Form des Längsschnitts der Stege folgt und noch innerhalb der Antenne endet.

2. Antenne nach Ansprua. f. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Inr.enleiter (11) der einkuppelnden Koaxialleitung mit dem der Eintrittsstelle der Koaxialleitung gegenüberl.egenden Steg Tn einem Punkt (13) hochfrequenzmäßig verbunden ist, der in einer Querschnittsebene liegt, die näher an der Aperturebene der Antenne liegt als die Querschnittsebene in der der Außenleiter (9) der Koaxialleitung mit dem Steg an der Eintrittsstelle hochfrequenzmäßig verbunden ist.

3. Äriienne nach Anspruch \ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem zentralen Leiter (1) und den Stegen (6, 7) ganz oder teilweise mit einem Dielektrikum (16, 17) ausgefüllt ist. und daß das Dielektrikum sich annähernd von der Einkopplungsquerschnittsebene (Q3) bis zur Querschmttsebcne (Q2). in der der zentrale Leiter (1) endet, erstreckt

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zentralen Leiters (1) in der Nähe der Einkopplungsijuci-M-iiMHibcuciic (Qj) iiä'ncr ung:>weise einem Quadrat oder einem geradzahligen regelmäßigen Vieleck entspricht und mit zunehmender Annäherung an die Querschnittsebene (Q 2), in der der zentrale Leiter endet, weitgehend kreisförmige Gestalt annimmt.