DE3715318A1 - Hohlleiter-auskoppelelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlleiter-Auskoppelelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Strahlerelemente, insbesondere Einzelstrahler von Gruppen­ antennen, werden vielfach über Hohlleiter gespeist wegen der geringen Dämpfung des Hohlleiters gegenüber anderen möglichen Leitungsarten. Durch besonders einfachen Aufbau zeichnet sich dabei die Serienspeisung einer Mehrzahl nacheinander in Hohlleiterrichtung angeordneter Einzel­ strahler aus. Dabei werden zur Speisung der Strahler­ elemente entlang des Hohlleiters Auskoppelelemente an­ gebracht, die jeweils einen genau spezifizierten Anteil der auf dem Speisehohlleiter fortschreitenden Welle ent­ nehmen und den Strahlern zuführen.

Für Strahler, die selbst in Hohlleitertechnik ausgeführt sind, gibt es eine Reihe von Auskoppelelementformen. Für Strahler, die über eine koaxiale Leitung angeregt werden müssen, bzw. Strahler die mit koaxial gespeisten Phasen­ schiebern verbunden sind (z. B. für phasengesteuerte Gruppenantennen) sind Auskoppelelemente mit einem in den Hohlleiter ragenden Stift als Koppelsonde bekannt.

Wegen der nicht vollständig vermeidbaren und zudem als Funktion der momentanen Strahlrichtung der Antenne variierenden Fehlanpassung der Strahlerelemente in Gruppenantennen treten an den Auskoppelelementen reflektierte Wellen auf, die nicht mehr in den Speisehohl­ leiter ausgekoppelt werden können und ohne besondere Maßnahmen von neuem auf die Strahlerelemente zulaufen.

Diese Wellen erzeugen, insbesondere bei zwischen die Koppelsonden und die Strahlerelemente eingefügten reziproken Phasenschiebern, sekundäre Strahlungskeulen der Antennen, die erhebliche Amplituden erreichen und damit die Vorteile von modernen phasengesteuerten Gruppenan­ tennen wieder zunichte machen können.

In Proceedings of the IEEE, 1974, Seite 1661 ff sind zur Vermeidung von Diagrammfehlern durch derartige Mehrfach­ reflexionen Speisenetzwerke mit Hohlleiter-Richtkopplern oder magischen T-Verzweigungen beschrieben, was aber wiederum zu einem nicht unerheblichen Aufwand führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Hohl­ leiter-Auskoppelelement der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 beschriebenen Art anzugeben, welches unter Erhaltung der einfachen Bauweise der Hohlleiter-Serien­ speisung Diagrammfehler durch reflektierte Wellen ver­ meidet.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Anordnung einer zweiten Koppelsonde für jedes Aus­ koppelelement ist ohne großen Aufwand möglich und die Summationsschaltung kann kostengünstig und mit geringem Platzbedarf in Streifenleitungstechnik ausgeführt sein und dabei vorzugsweise noch mit einer ebenfalls in Streifen­ leitungstechnik ausgeführten Phasenschieberschaltung auf demselben Substrat angeordnet sein. Nicht nur an dem jeweils zugeordneten Strahlerelement reflektierte Wellen werden unterdrückt, sondern auch durch Reflexion an an­ derer Stelle im Hohlleiter rücklaufende Wellen.

Bei Hohlleiter-gespeisten Antennen mit fortschreitenden Wellen spielt der größte zu realisierende Auskopplungs­ faktor k _max eine wichtige Rolle für die Auswahl der An­ tennenbelegung und den Speisewirkungsgrad. Durch die Verwendung von jeweils zwei Koppelsonden für ein Aus­ koppelelement wird erreicht, daß die auf dem Speisehohl­ leiter erzeugten reflektierten Wellen etwa kompensiert werden und, daß die maximale auszukoppelnde Leistung doppelt so groß ist wie die von Einzelsonden. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung des Speisewirkungsgrades der Verteilung erzielt bei gleichzeitig verbesserter Anpassung des Speisehohlleiters.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch weiter veranschaulicht. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Hohlleiterabschnitt mit einem her­ kömmlichen Koaxial-Auskoppelelement

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Hohlleiter mit einem erfindungsgemäßen Auskoppelelement

Fig. 3 eine Ersatzschaltung zum Vergleich

Fig. 4, 5 je eine Ausführungsform einer Summations­ schaltung

Bei gebräuchlichen Hohlleiterspeisungen für koaxial ange­ schlossene Strahlerelemente wie in Fig. 1 ist für jedes Strahlerelement ein Auskoppelelement mit einer in den Hohlleiter hineinragenden Koppelsonde S und einer am Hohlleiter befestigten Koaxial-Buchse vorgesehen. Von der Koaxial-Buchse wird die ausgekoppelte Leistung zum Phasen­ schieber und weiter zum Strahlerelement geführt.

Das Auskoppelelement in Fig. 2 besteht aus zwei einzelnen Koppelsonden S 1, S 2 der Art im Fig. 1 mit einem Abstand von etwa 1/4 der Hohlleiterwellenlänge λ _H . Die koaxialen Anschlüsse der Sonden sind mit den Eingängen einer in Streifenleitungstechnik ausgeführten Summations-Schaltung Σ verbunden und werden dort so überlagert, daß bei der eingetragenen Richtung der Hohlleiter-Speisewelle die Summenleistung der beiden ausgekoppelten Teilwellen am Ausgangstor für den ebenfalls in Streifenleitungstechnik ausgeführten und auf demselben Substrat angeordneten Phasenschieber Φ zur Verfügung steht. Bei einer in Gegenrichtung fortschreitenden Hohlleiterwelle wird die ausgekoppelte Leistung auf den durch den Absorber reflexionsfrei abgeschlossenen (abgestumpften) Ausgang der Summationsschaltung Σ gegeben, d. h. das Ausgangstor zum Phasenschieber ist zu dieser Welle entkoppelt. Eine auf das Ausgangstor vom Phasenschieber zurücklaufende Welle wird zunächst an die beiden Koppelsonden S 1, S 2 verteilt, dort aber im wesentlichen reflektiert und endet schließlich ebenfalls in dem Absorber. Der Absorber ist vorzugsweise außerhalb des Substrats mit guter Wärmeabfuhr angeordnet. Die Funktion dieser Schaltung kann deshalb vollständig durch einen Richtkoppler wie in Bild 3 darge­ stellt werden, dessen Tore 1 und 2 auf der Hohlleiterseite liegen, und dessen Tore 3 und 4 das abgestumpfte Tor und das Ausgangstor sind. Der wirksame Koppelfaktor k _eff beschreibt die Leistungsaddition der beiden Einzel­ kopplungen der Schaltung nach Fig. 2, wobei k ² _eff = 2k ² mit k als Koppelfaktoren der beiden einzelnen Sonden S 1 und S 2.

Die Summationsschaltung in Fig. 2 kann durch verschiedene gebräuchliche Schaltungen realisiert werden. In Fig. 4 wird ein bevorzugt eingesetztes Ring-Hybrid benutzt dessen vier Tore die vier in Fig. 2 auftretenden Tore der Summationsschaltung darstellen. Die Ringhybrid-Schaltung besitzt die Eigenschaften eines 3 dB-Richtkopplers mit 90° Phasenverschiebung zwischen den Aufteilungstoren. Diese Phasenverschiebung ist nötig um die aus dem Hohlleiter phasenverschoben ausgekoppelten Wellenanteile phasen­ richtig zu addieren. Die Schaltung in Fig. 5 benutzt dagegen einen Wilkinson-Teiler, dessen Ausgangstore gleichphasig sind. Deshalb müssen hier die beiden Koppel­ sonden über unterschiedlich lange Leitungen angeschlossen werden mit einer Längendifferenz von einem Viertel der Leitungswellenlänge λ _L . Der Absorber wird hier in Form des Entkopplungswiderstandes in die Leitungsstruktur einge­ bracht; diese Schaltung ist deshalb auf kleinere Verlust­ leistungen beschränkt.

Claims (5)

1. Hohlleiter-Auskoppelelement zum koaxialen Anschluß eines Strahlerelements, insbesondere eines Einzelstrahlers einer Gruppenantenne, an einen Speisehohlleiter mit fort­ schreitender Welle gegebener Betriebsfrequenz, gekenn­ zeichnet durch,

• a) zwei Koaxial-Koppelsonden, die im Abstand einer Viertel-Hohlleiterwellenlänge der Betriebsfrequenz in Richtung der fortschreitenden Hohlleiterwelle hinter­ einander im Hohlleiter angeordnet sind, und
• b) eine Summationsschaltung nach Art eines 90°-3dB- Kopplers, deren beide Eingänge mit den Koppelsonden verbunden sind, deren einer Ausgang zu dem Strahler­ element führt und deren anderer Ausgang reflexions­ frei abgeschlossen ist.

2. Auskoppelelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Summationsschaltung in Streifenleitungs­ technik ausgeführt ist.

3. Auskoppelelement nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen die Summationsschaltung und das Strahlerelement ein Phasenschieber eingeführt ist und daß der Phasenschieber gleichfalls in Streifenleitungstechnik ausgeführt und mit der Summationsschaltung auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet ist.

4. Auskoppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summationsschaltung als Ringhybrid-Schaltung ausgeführt ist.

5. Auskoppelelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summationsschaltung einen Wilkinson-Teiler enthält.