DE3509259A1 - Doppelbandrillenhorn mit dielektrischem abgleich - Google Patents
Doppelbandrillenhorn mit dielektrischem abgleichInfo
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- H01Q13/02—Waveguide horns
- H01Q13/0208—Corrugated horns
Description
Siemens Aktiengesellschaft 0 Unser Zeichen Berlin und München ■ VPA 85 P 11^9 DE
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen
Querschnitts anschließenden übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand
mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder.
Im Mikrowellenbereich finden derartige Rillenhörner wegen
ihrer günstigen Eigenschaften häufig Anwendung. Sie weisen bei geeigneter Dimensionierung in einem breiten Frequenzband
eine gute Anpassung sowie Richtcharakteristiken mit hoher Axialsymmetrie und geringer Kreuzpolarisation auf.
Zur Erreichung dieser Eigenschaften müssen die Rillenabmessungen genau dimensioniert sein.
Bei der Dimensionierung von Doppelbaldrichtfunkantennen
werden als Erreger für das Spiegelsystem vorwiegend kurze Ri1lenhornstrahler verwendet, da Hörner mit großen
Öffnungswinkeln, d.h. >30°, gute Diagrammeigenschaften über einen weiten Frequenzbereich bei kurzer Baulänge
ermöglichen. Dabei ist es bei Serienantennen wichtig, daß keine mechanisch zu komplizierten Strukturen der
Rillen und der Übergangszone vom Speisehohlleiter zum
Rillenteil des Horns benötigt werden, da sonst das Horn in aufwendiger Weise aus mehreren Paßteilen zusammengesetzt
werden muß. Insbesondere die Optimierung des Reflexionsfaktors in zwei um den Faktor 1.7 auseinanderliegenden
Frequenzbändern auf Werte unter 3% ist beim Entwurf der Hörner nach bekannten Dimensionierungsregeln durch einfaches
Variieren der Rillen und der Übergangsform im Metallkörper des Horns nicht gewährleistet. Bei trockenluftgeschützten
Antennenzuleitungen ist zudem die Druck-H. März 1985 / KIu 1 Kdg
- * - VPA 85 P 1 1 4
abdichtung am Horn ,üblicherweise eine dielektrische
Platte, in den Reflexionsabgleich miteinzubeziehen, deren
Kompensation bei hohen Bandbreiten schwierig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß eine
Optimierung der Reflexion in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern in einfacher Weise erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Übergangsteil sich nach einer BQ*e >x -Kurve (B0 =
Speisehohlleiterdurchmesser, x= Längsausdehnung des Horns,
K= Koeffizient mit dem Wert ^1, n= Koeffizient mit einem
Wert 2<n <8),in der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel
bei der ersten Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der
dem Horn zugekehrte Endbereich des Übergangsteils auf einer Länge von SQ/8 bis SQ/3 (SQ=Länge des Übergangsteils)
mit einem Dielektrikum niedriger Dielektrizitätskonstante (£ ri <1>3) ganz oder teilweise ausgefüllt ist, in der
Weise, daß eine Teillänge des Dielektrikums niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine
dünne Scheibe eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (£r2~2,5 bis 4,7) zur Erfüllung der Funktion einer
reflexionsoptimierten Druckabdichtung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 den Hornstrahler mit Übergangsteil und Horn in
einer geschnittenen Teildarstellung und
Fig. 2 den mit Dielektrikas gefüllten Endbereich des übergangsteiIs.
- δ - VPA 35 P 11* 9 QE
Der in Fig. 1 dargestellte Hornstrahler besteht aus einem Übergangsteil 1 der Länge SQ und einem Horn 2 (Rillenteil).
Der Durchmesser des übergangsteiIs 1 im Anschlußbereich
des Speisehohlieiters in der Fig. 1 an der Stelle x=o ist so dimensioniert, daß die Abhängigkeit des Feldwellenwiderstandes
der Grundwelle H11 im unteren Band vom Hohlleiterdurchmesser
aus dem sehr steilen Bereich nahe der Grenzfrequenz herauskommt, die E11-WeIIe im oberen Bereich jedoch
möglichst noch nicht ausbreitungsfähig ist. Das übergangsteil
1 erweitert sich bei x=o, ausgehend vom Durchmesser des Speisehohlleiters bis zu einem Durchmesser, bei dem
die Bedingung fu/ >1.3 erfüllt ist (f =unterste Betriebs-
/ f c u
frequenz, f =Grenzfrequenz der H11-WeIIe) nach einer
K xn
BQ.e * -Kurve in der Weise, daß der Öffnungswinkel bei der ersten Rille 0,5 - 0.2 mal dem stetigen Öffnungswinkel des folgenden Horns entspricht. Hierbei ist BQ der Speisehohlleiterdurchmesser, χ die Längenausdehnung des Horns, K ein Koeffizient mit dem Wert<£1 und η ein Koeffizient mit einem Wert 2< η <8,beispielsweise 5 . Statt einer stetigen Durchmessererweiterung werden zweckmäßigerweise im Übergangsteil Zylinderrohrbereiche mit konstanten Durchmessersprüngen verwendet. Dadurch wird die Lage des dielektrischen Körpers stabilisiert und die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Der Übergangsteil 1 weist dabei einen flachen Anlauf auf, bei dem die Stufung erst nach etwa 2/3 seiner Länge beginnt. Das folgende Horn 2 ist entsprechend den bekannten Formeln und Rechenprogrammen zur Strahlungsoptimierung aufgebaut. Bei entsprechender Dimensionierung hat ein solches Horn typischerweise Reflexionsfaktoren von r<10% im unteren Band und r< 5% im oberen Band.
BQ.e * -Kurve in der Weise, daß der Öffnungswinkel bei der ersten Rille 0,5 - 0.2 mal dem stetigen Öffnungswinkel des folgenden Horns entspricht. Hierbei ist BQ der Speisehohlleiterdurchmesser, χ die Längenausdehnung des Horns, K ein Koeffizient mit dem Wert<£1 und η ein Koeffizient mit einem Wert 2< η <8,beispielsweise 5 . Statt einer stetigen Durchmessererweiterung werden zweckmäßigerweise im Übergangsteil Zylinderrohrbereiche mit konstanten Durchmessersprüngen verwendet. Dadurch wird die Lage des dielektrischen Körpers stabilisiert und die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Der Übergangsteil 1 weist dabei einen flachen Anlauf auf, bei dem die Stufung erst nach etwa 2/3 seiner Länge beginnt. Das folgende Horn 2 ist entsprechend den bekannten Formeln und Rechenprogrammen zur Strahlungsoptimierung aufgebaut. Bei entsprechender Dimensionierung hat ein solches Horn typischerweise Reflexionsfaktoren von r<10% im unteren Band und r< 5% im oberen Band.
Die am Hornknick und bei den ersten Rillen erzeugte Störung der Grundwelle H11 im unteren Band wird in einem
Kxn
axial ausgedehnten Bereich im BQ.e -übergang mit einem
sehr schwachen Hartschaumdielektrikum 3 (£ ,. ^ 1,3) am
nächstmöglichen Ort· im übergang kompensiert. Das Dielektrikum 3 füllt dabei etwa das letzte Viertel des Übergangs-
-< - VPA 85 P 1 H 9 DE
teils 1 in Richtung des Horns 2 ganz oder teilweise aus. Wegen des großen Abstands der Frequenzbänder und damit
des Hohlleiterwellenlängenverhältnisses /l„r ^ unten/
^H £i oben ist es mö9licn» die hervorgerufene Störung
im oberen Band durch den axialen Abstand der Grenzflächen des schwachen Dielektrikums selbst kompensierend auszulegen.
Dies ist erfüllt, wenn die mittlere elektrisch wirksame Länge des Dielektrikums 3 im gestuften Übergangsteil
der Bedingung 9^1P1/2 für den oberen Betriebsfrequenzbereich
entspricht. Die mechanische Länge S des durchgehenden schwachen Dielektrikums 3, d.h. des
Dielektrikums mit niedriger Dielektrizitätskonstante, beträgt dabei je nach Lage der Frequenzbänder, der Übergangsdurchmesser
und der Dielektrizitätskonstante £r1 etwa Sq/8 bis SQ/3, wenn Sq die Länge des Übergangs
1 ist.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Teillänge
des Dielektrikums 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante E r1 durch eine dünne Scheibe 4 (Folie) mit
höherer Dielektrizitätskonstante £"r2 (£r2 i~'2,5 bis 4,7)
ersetzt. Dabei ist, wie Fig. 2 zeigt, das Dielektrikum 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante £r1 im Endbereich
abgetragen, d.h. um die Länge S-Sq verkürzt, wobei S0" die
verbleibende Länge des Dielektrikums 3 ist. Auf den reduzierten Endbereich des Dielektrikums 3 ist die dünne
Scheibe 4 des Materials hoher Dielektrizitätskonstante £ r2 (Dicke Sq-Sq) aufgebracht, die wesentlich dünner
ist als die abgetragene Materialschicht. Durch diese Maßnähme wird die Kompensation im unteren Band kaum verändert,
wenn die ersetzte Länge mit der Dielektrizitätskonstanten £r1 elektrisch dem Einfluß der dünnen Schicht
mit der Dielektrizitätskonstanten £r2 entspricht, da
die Phasen-Amplitudenänderung bei der großen Wellenlänge gering bleibt. Im oberen Band wirkt sich diese Änderung
stärker aus, so daß verschiedene Dielektrizitätskombinationen, die im unteren Band nahezu gleich wirken, zum
Restabgleich im oberen Band ausgelegt werden können. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten £r2 (z.B.
bei einem Horn für 2,1 bis 2,3 Gigahertz und 3S4 bis 3,6
Gigahertz eine 0,1 mm dicke Glasfaserepoxidföl ie mit
or2=4»7) wirkt nun zugleich als reflexionsoptimierte
Druckabdichtung. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten ET2 kann auch an beiden Enden der Schicht mit
der Dielektrizitätskonstanten <£ * angelegt sein.
Der dielektrische Körper 3,4 wird in den Stufenübergang
eingeklebt. Die Änderung des Strahlungsdiagramms gegenüber dem nicht abgeglichenen Horn ist gering und kann in der
Regel vernachlässigt werden. Dies ist ein großer Vorteil bei der Dimensionierung des Rillenhorns, da z.B. Änderungen
der ersten Rillen zur Verbesserung der Anpassung besonders im oberen Band starke Auswirkungen auf das Strahlendiagramm
haben. Wird bei der Dimensionierung des Horns eine axiale Rillenstruktur gewählt, so ermöglicht die Art der
Kompensation Rillenhörner ohne Hinterschneidungenund komplizierte Kurven zu bauen, so daß die Produktion in
einem Stück als Drehteil möglich ist.
Der erfindungsgemäße Hornstrahler mit dem speziell ausgebildeten
Übergangsteil dient somit in vorteilhafter Weise zum Feinabgleich des Reflexionsfaktors in zwei auseinanderliegenden
Frequenzbändern in Rillenhörnern, die nach Gesichtspunkten der Strahlungsdiagrammoptimierung entworfen
werden. Zugleich wird damit auch das Problem der Reflexion der Druckabdichtung in zwei Bändern gelöst.
4 Patentansprüche *)hinterdrehter
2 Figuren Rillen
- Leerseite -
Claims (4)
1. Hornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter
kreisförmigen Querschnitts anschließenden Über·
gangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand mit Rillen versehen ist, für zwei
auseinanderliegende Frequenzbänder, dadurch gekennzeichnet,
Kx daß der übergangsteil (1) sich nach einer BQ.e -Kurve in
der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel bei der ersten
Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel
des Horns entspricht und daß der dem Horn (2) zugekehrte Endbereich des Übergangsteils (1) auf einer Länge von
Sq/8 bis Sq/3 (SQ=Länge des Übergangsteils) mit einem
Dielektrikum (3) niedriger Dielektrizitätskonstante (£ri C 1»3) 9anz oc|er teilweise ausgefüllt ist, in der
Weise, daß die mittlere elektrisch wirksame Länge des Dielektrikums (3) im gestuften Übergangsteil der Bedingung
9-Η c 1 /2 oben für den oberen Betriebsfrequenzbereich
genügt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillänge des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe (4) eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (£rp'>*'2,5 bis 4,7), zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.
dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillänge des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe (4) eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (£rp'>*'2,5 bis 4,7), zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.
3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Scheibe (4) höherer Dielektrizitätskonstante
an einer oder beiden Seiten des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenkontur des Übergangsteils nach dem Verlauf |/χη
BQ*e in Stufen mit konstanten kleinen Durchmessersprüngen
aufgeteilt ist.
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