DE3809927A1 - Asymmetrischer hornstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen asymmetrischen Hornstrahler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche asymmetrischen Hornstrahler werden beispielsweise als Primärerreger für asymmetrische Parabolantennen eingesetzt, um eine homogene Ausleuchtung des Reflektors zu erzielen und damit die Flächenausnutzung der Antenne zu erhöhen.

Aus (Timofeyeva, A.A.; Yampol′skiy, V.G.: A radiator for axially unsymmetrical reflector antennas with a circular aperture. Telecomm. Radio Engng., Part 1, Vol. 37, No. 3 (1983) S. 5-10) ist ein asymmetrischer Hornstrahler bekannt, der aus zwei Abschnitten mit verschiedenen Öffnungswinkeln besteht, wo­ bei beide Abschnitte die Form von geraden Kreiskegelstümpfen haben, deren Abschlußflächen nicht parallel zueinander verlau­ fen, so daß die Achsen der beiden zusammengesetzten Abschnitte einen endlichen Winkel zueinander bilden.

Bei solchen asymmetrischen Hornstrahlern als Primärerreger für asymmetrische Parabolantennen zur Erzeugung linear- oder zirkularpolarisierter Strahlungsfelder besteht neben der Forde­ rung nach guter Flächenausnutzung auch noch die Forderung nach einer möglichst niedrigen Kreuzpolarisationskomponente im Strahlungsfeld.

Asymmetrische Hornstrahler mit zwei Abschnitten, deren Ab­ schlußflächen nicht parallel zueinander verlaufen, haben als Primärerreger für asymmetrische Parabolantennen allerdings den Nachteil, daß sich eine hohe Kreuzpolarisationskomponente im Strahlungsfeld ausbildet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen asymmetri­ schen Hornstrahler zu schaffen, dessen zwei aufeinanderfolgen­ den Abschnitte so gestaltet sind, daß die Kreuzpolarisations­ komponente der asymmetrischen Parabolantenne mit diesem Horn­ strahler als Primärerreger minimal wird, wird durch die im An­ spruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Innenwand des Strahlers mit einer Rillenstruktur versehen ist.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere in einer niedrigen Kreuzpolarisation im Strahlungsfeld, womit die Möglichkeit der Anwendung der Dualpolarisation gegeben ist.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines asymmetrischen Horn­ strahlers ohne innere Rillenstruktur,

Fig. 2 einen perspektivisch dargestellten asymmetrischen Horn­ strahler mit Rillenstruktur,

Fig. 3 einen Querschnitt eines asymmetrischen Hornstrahlers mit Rillenstruktur in der Symmetrieebene,

Fig. 4 gemessene Richtdiagramme des asymmetrischen Hornstrah­ lers in verschiedenen Azimutschnitten (Ebenen ϕ = konst. im r, δ, ϕ - Kugelkoordinatensystem des Erregers) und

Fig. 5 ein berechnetes Richtdiagramm einer asymmetrischen Parabolantenne mit dem asymmetrischen Hornstrahler als Primärerreger bei 11,3 GHz.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen asymmetrischen Hornstrahler ohne Rillenstruktur, bestehend aus zwei Abschnit­ ten 1, 2 mit den jeweiligen Öffnungswinkeln α1, α2. Diese Abschnitte 1, 2 haben die Form schiefer Kreiskegelstümpfe mit kreisförmigen, planparallel verlaufenden Abschlußflä­ chen 3, 4 und 5. Die Achse 6 des Speisehohlleiters 7 steht senkrecht auf den Abschlußflächen 3, 4 und 5. Um den Abstand Δ1 ist die Mittelsenkrechte der Abschlußfläche 4 des Abschnitts 1 gegenüber der Achse 6 des Speisehohlleiters 7 ver­ setzt. Um den Abstand Δ2 ist die Mittelsenkrechte der Abschluß­ fläche 5 des Abschnittes 2 gegenüber der Mittelsenkrechten der Abschlußfläche 4 versetzt. Für die Funktion des Hornstrahlers ist die Forderung α1 <α2 wichtig. Darauf wurde schon in der ge­ nannten Fundstelle hingewiesen. Desgleichen wurde dort schon darauf hingewiesen, daß für die Funktion des Strahlers die Größe des Durchmessers der Abschlußfläche 4 bei vorgegebenem Öffnungswinkel α2 des Abschnitts 2 von Bedeutung ist. Mit den Verschiebungen Δ1 und Δ2 ist eine Keulenschwenkung des Horn­ strahlers um den Keulenschwenkwinkel δ _o gegenüber seiner Achse 6 verbunden.

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine Ausführung des Strahlers mit innenliegender Rillenstruktur. Die Ausführung kann durch das Zusammenfügen einzelner, gegeneinander versetzter, kreisförmi­ ger Rillenelemente realisiert werden.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Ausführungsbei­ spiels nach Fig. 2 in der Symmetrieebene. Alle in Fig. 1 ange­ gebenen Parameter wurden hierbei experimentell ermittelt, da eine theoretische Behandlung der Wellenausbreitung innerhalb des Strahlers derzeit noch auf erhebliche Schwierigkeiten stößt.

Die Fig. 4 zeigt die gemessenen Richtdiagramme des in Fig. 2 dargestellten Strahlers in einigen Azimutschnitten. Hier be­ trägt der Keulenschwenkwinkel δ0= 24° . Der Keulenschwenkwin­ kel δ0 ist unabhängig von der Polarisation und über einer Bandbreite von mindestens 20% auch unabhängig von der Frequenz.

Die maximale Kreuzpolarisation XP tritt unter dem Win­ kel ϕ = 68° auf und ist stark abhängig von der Frequenz (maxi­ mal -20 dB bei 10,1 GHz und minimal -38 dB bei 11,3 GHz), was bei dieser Ausführung des Strahlers noch auf Reste von uner­ wünschten höheren Wellentypen schließen läßt, die sich im Lauf­ raum des Strahlers nicht kompensiert haben.

Die Fig. 5 zeigt das berechnete Richtdiagramm einer asymmetri­ schen Parabolantenne mit dem in Fig. 2 dargestellten Strahler als Primärerreger bei Vertikalpolarisation für 11,3 GHz und skizzenhaft die Zuordnung des Strahlers und des asymmetrischen Reflektors zueinander. Die bei Φ = 0° (Ebene senkrecht zur Symmetrieebene; R, R, Φ - Kugelkoordinatensystem der Parabolan­ tenne) maximal auftretende Kreuzpolarisation XP ist um 15 dB niedriger als die Kreuzpolarisation, welche mit einem um 24° schräggestellten, normalen Rillenhornstrahler gleicher Keu­ lenbreite als Primärerreger auftritt (gestrichelte Kurve).

Zur Abstrahlung einer Keule mit elliptischem Querschnitt können die Abschnitte 1 und 2 des in der Fig. 1 dargestellten asymme­ trischen Hornstrahlers auch in Pyramidenform mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt mit abgerundeten oder nicht ab­ gerundeten Ecken ausgeführt werden.

Claims (6)

1. Asymmetrischer Hornstrahler, mit zwei oder mehr Abschnitten mit jeweils verschiedenen Öffnungswinkeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1 und 2) die Form eines schiefen Kreis­ kegelstumpfes haben, daß die kreisförmigen Abschluß­ flächen (3, 4 und 5) jeweils parallel zueinander stehen und daß der Winkel (β) zwischen der Achse (6) des Speisehohl­ leiters (7) und den kreisförmigen Abschlußflächen (3, 4, 5) 90° beträgt.

2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1, 2) in Pyramidenform ausgeführt sind.

3. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Abschnitte (1, 2) rechteckig ist.

4. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Abschnitte (1, 2) quadratisch ist.

5. Hornstrahler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Abschnitte (1, 2) teilweise eine Rillenstruktur aufweist.

6. Hornstrahler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Abschnitte (1, 2) vollständig eine Rillenstruktur aufweist.