DE3804118C2 - Hornstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hornstrahler, der an seiner glattberandeten Innenwand mit einem mehrschichtigen dielektrischen Belag versehen ist.

Hornstrahler kommen als Antenne für gerichtete Strahlung, als Strahlungselemente einer Gruppenantenne oder auch als Primärstrahler einer Reflektorantenne zur Anwendung. Bei diesen Anwendungen soll der Hornstrahler ein Strahlungsfeld erzeugen, das im ganzen Bereich seiner Hauptstrahlungskeule eine möglichst reine lineare oder zirkulare Polarisation hat. Außerdem soll der Hornstrahler als Primärstrahler einer Reflektorantenne diese möglichst gleichmäßig ausleuchten und nur wenig am Reflektorrand vorbeistrahlen.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, sollte das elektromagnetische Feld über die ganze Hornöffnung einheitlich polarisiert und außerdem konstant verteilt sein. Zudem sollten der elektrische Feldvektor und der magnetische Feldvektor möglichst in der ganzen Phasenfläche des Hornstrahlers senkrecht zueinander orientiert sein.

Diese Forderungen erfüllen in guter Näherung Hornstrahler, die an ihrer Innenseite mit einer Rillenstruktur versehen sind.

Ein solcher Rillenhornstrahler ist beispielsweise aus der DE-29 21 596 bekannt. Rillenhornstrahler erfordern aber einen recht großen Herstellungsaufwand.

Der DE 27 36 757 C2 und RAGHAVAN, K. et al: Compact Dual Mode Dielectric-Loaded Horn, in: Electronics Letters, 9th October 1986, Vol. 22, No. 21, S. 1131 unf 1132 sind Hornstrahler zu entnehmen, deren Innenwand stellenweise mit einem isotropen Dielektrikum beschichtet sind, um damit höhere Wellentypen anzuregen, die sich mit der Grundwelle im Horn überlagern. Gemäß der DE 27 36 757 C2 besteht das Dielektrikum aus mehreren Schichten mit verschiedenen Längenabmessungen, wodurch eine Verringerung der Elliptizität des Hornstrahlers erzielt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler der eingangs genannten Art anzugeben, der ein über die ganze Hornöffnung einheitlich polarisiertes, ebenes elektromagnetisches Feld erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Und zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der erfundene Hornstrahler weist vorteilhafterweise aufgrund seines anisotropen dielektrischen Belages an den Innenwänden eine in allen Richtungen ebene Feldverteilung der Grundwelle auf.

Um die Richtwirkung eines Hornstrahlers zu verbessern bzw. die Feldverteilung in der Hornaperatur zu optimieren, ist gemäß HAMID, M. A. K. et al: Diffraction by Dielectric-Loaded Horns and Corner Reflectors, in: Transactions on Antennas and Propagation, Sept. 1969, S. 660-662 bzw. Enhancement in Dielectrically Loaded Horns, in: IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vo. AP-20, No. 1, January 1972, S. 69-74 das Horn an seiner Innenwand mit isotropen dielektrischen Belägen versehen, die sich über die gesamte Hornlänge erstrecken.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt und eine Vorderansicht eines runden, vollständig mit Dielektrikum belegten Hornstrahlers,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt und eine Vorderansicht eines rechteckigen, teilweise mit Dielektrikum belegten Hornstrahlers und

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt und eine Vorderansicht eines runden, teilweise mit Dielektrikum belegten Hornstrahlers.

In der Fig. 1 ist ein runder Hornstrahler 1, an dessen Schlund sich ein ebenfalls runder Speisehohlleiter 2 anschließt, dargestellt. Die glattbewandete Innenwand 3 dieses Hornstrahlers 1 ist hier vollständig mit einem anisotropen dielektrischen Belag 4 beschichtet. Der anisotrope dielektrische Belag besteht hier beispielsweise aus einer inneren dielektrischen Schicht 4′, hoher Dielektrizitätskonstante und einer äußeren Schicht 4 niedriger Dielektrizitätskonstante. Dabei ist die Schicht 4′ mit hoher Dielektrizitätskonstante von geringerer Dicke als die Schicht 4 mit der niedrigen Dielektrizitätskonstanten.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beginnt der anisotrope dielektrische Belag, bestehend aus den dielektrischen Schichten 4 und 4′ unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten, im Hornschlund, dort wo der Speisehohlleiter 2 ansetzt. Der anisotrope dielektrische Belag kann aber auch, so wie es die weiter unten beschriebene Fig. 2 andeutet, bereits im Speisehohlleiter beginnen. Ebenso kann der anisotrope dielektrische Belag erst im Innern des Horns anfangen.

Der Übergang vom leeren Hohlleiterabschnitt auf den mit dem anisotropen dielektrischen Belag beschichteten Hohlleiter bzw. Hornabschnitt erfolgt allmählich; d.h. die Dicke des anisotropen dielektrischen Belages steigt zu Anfang stetig in Richtung zur Hornöffnung auf den endgültigen Wert an. Dadurch werden Reflexionen am anisotropen dielektrischen Belag vermieden und die Grundwelle des leeren Hohlleiters bzw. Horns wird allmählich in die abzustrahlende Welle mit ihrer einheitlichen Polarisation und ihrer über den Querschnitt homogenen Feldverteilung transformiert.

Wenn der Hornstrahler ein homogenes Feld abstrahlen soll, das in nur einer bestimmten Richtung linear polarisiert ist, so braucht nicht die gesamte Hornwand mit dem anisotropen dielektrischen Belag beschichtet zu sein. Es reicht dann aus, nur diejenigen Bereiche der Hornwand mit dem dielektrischen Belag zu versehen, die sich wenigstens annähernd parallel zum linear polarisierten elektrischen Feld E erstrecken.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel eines rechteckigen Hornstrahlers 5 bedeutet das, daß nur die beiden einander gegenüberliegenden, parallel zum E-Feld verlaufenden Seitenwände mit je einem anisotropen dielektrischen Teilbelag versehen sind. Jeder anisotrope dielektrische Teilbelag setzt sich zusammen aus einer inneren dielektrischen Schicht 6′ bzw. 7′ mit hoher Dielektrizitätskonstante und einer äußeren dielektrischen Schicht 6 bzw. 7 mit niedriger Dielektrizitätskonstante.

Die Fig. 3 zeigt schließlich, wie in einem runden Hornstrahler 8 zwei anisotrope dielektrische Teilbeläge symmetrisch zur Hornlängsachse angeordnet sind und dabei diejenigen Wandbereiche bedecken, welche zumindest annähernd parallel zum E-Feld verlaufen. Auch hier sind die anisotropen Teilbeläge jeweils aus einer inneren Schicht 9′ bzw. 10′ mit hoher Dielektrizitätskonstante und einer äußeren Schicht 9 bzw. 10 mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet.

Die geforderte Anisotropie der dielektrischen Beläge kann auf diese Weise schon mit zwei dielektrischen Schichten unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten erzielt werden. Aber es können auch mehr als nur 2 dielektrische Schichten für den Aufbau eines anisotropen Belages in Frage kommen. Als dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (z.B. ε=1.04 ... 1.06) eignet sich z.B. Schaumstoff. Als Material für ein Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante (z.B. ε=10 ... 20) eignen sich Keramikmassen. Die Dicke einer dielektrischen Schicht niedriger Dielektrizitätskonstante sollte etwa das 5- bis 10fache der Dicke einer Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante betragen.

Claims (7)

1. Hornstrahler, der an seiner glattberandeten Innenwand mit einem mehrschichtigen dielektrischen Belag versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Belag (4, 4′, 6, 6′, 7, 7′) anisotrop ist und daß er mindestens solche Bereiche der Innenwand bedeckt, die sich wenigstens annähernd parallel zu einem sich in dem Hornstrahler (1, 5, 8) ausbreitenden elektrischen Feld erstrecken.

2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Innenwand des Hornstrahlers (1) von seinem Schlund bis zur Hornöffnung mit dem anisotropen dielektrischen Belag (4, 4′) versehen ist.

3. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des anisotropen dielektrischen Belages (4, 4′, 6, 6′, 7, 7′, 8, 8′, 10, 10′) vom Hornschlund zur Hornöffnung hin allmählich zunimmt.

4. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anisotrope dielektrische Belag aus zwei gleichen Teilen (6, 6′, 7, 7′, 9, 9′, 10, 10′) besteht, die symmetrisch bzgl. der Hornlängsachse in Bereichen der Innenwand angeordnet sind, die sich wenigstens annähernd parallel zu einem sich in dem Hornstrahler (5, 8) ausbreitenden elektrischen Feld erstrecken.

5. Hornstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der anisotrope dielektrische Belag aus mehreren dielektrischen Schichten (4, 4′, 6, 6′, 7, 7′, 9, 9′, 10, 10′) mit abwechselnd hoher und niedriger Dielektrizitätskonstanten besteht.

6. Hornstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der anisotrope dielektrische Belag aus zwei dielektrischen Schichten besteht, von denen die in das Innere des Hornstrahlers weisende Schicht (4′, 6′, 7′, 9′, 10′) eine hohe Dielektrizitätskonstante und die darunterliegende Schicht (4, 6, 7, 9, 10) eine niedrige Dielektrizitätskonstante hat, wobei die hohe Dielektrizitätskonstante etwa den 10- bis 20fachen Wert der niedrigen Dielektrizitätskonstante hat.

7. Hornstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dielektrische Schichten (4, 6, 7, 9, 10) mit niedriger Dielektrizitätskonstante etwa 5 bis 10mal so dick sind wie dielektrische Schichten (4′, 6′, 7′, 9′, 10′) mit hoher Dielektrizitätskonstante.