DE3809927C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen asymmetrischen Hornstrahler nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

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

Aus DE-OS 32 03 901 ist ein asymmetrischer Antennenerreger in Form eines von einem runden Speisehohlleiter gespeisten kegelförmigen Hornstrahlers bekannt, der insbesondere die H₂₁-Welle erzeugt. Eine in Phase und Amplitude wenig frequenzabhängige Erregung der H₂₁-Welle wird dabei dadurch erreicht, daß die Achsen des Speisehohlleiters und des Hornstrahlers radial versetzt zueinander angeordnet sind und außerdem zueinander einen endlichen Winkel bilden, wobei der Durchmesser des kreisförmigen Mündungsquerschnitts des Hornstrahlers so bemessen ist, daß Wellentyp H₂₁ ausbreitungsfähig ist. Der Hornstrahlerquerschnitt kann durchgehend kreisförmig sein oder zur Apertur hin in einen elliptischen Querschnitt übergehen.

Ein ähnlicher asymmetrischer Hornstrahler-Antennenerreger, allerdings in Form eines von einem Rechteck-Speisehohlleiter gespeisten Rechteckhorns, ist aus der US-PS 25 99 895 bekannt. Genauso wie nach der DE-OS 32 03 901 handelt es sich dabei allerdings um einen Hornstrahler mit nur einem einzigen kegelstumpfförmigen bzw. pyramidenstrumpfförmigen Abschnitt, was in nachteiliger Weise zu erheblichen Phasendispersionen am Hornstrahlerrand und damit beachtlichen Einzipfelungen im Antennenhauptstrahl führt.

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 demgegenüber aus zwei Abschnitten mit verschiedenen Öffnungswinkeln besteht, wobei beide Abschnitte die Form von geraden Kreiskegelstümpfen haben, deren Abschlußflächen nicht parallel zueinander verlaufen, 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 Forderung nach guter Flächenausnutzung auch noch die Forderung nach einer möglichst niedrigen Kreuzpolarisationskomponente im Strahlungsfeld.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen asymmetrischen Hornstrahler zu schaffen, dessen mindestens zwei aufeinanderfolgende, sich an den Speisehohlleiter anschließende Abschnitte so gestaltet sind, daß die Kreuzpolarisationskomponente der asymmetrischen Parabolantenne mit diesem Hornstrahler als Primärerreger minimal wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Hornstrahler durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Innenwand der Abschnitte des Strahlers teilweise oder vollständig mit einer parallel zu den Abschlußflächen verlaufenden Rillenstruktur versehen ist.

Rillenstrukturen in Hornstrahlern sind an sich bekannt, wozu z. B. auf DE-OS 26 23 755 hingewiesen wird.

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 zeigt

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

Fig. 2 einen perspektivisch dargestellten asymmetrischen Hornstrahler mit Rillenstruktur,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines asymmetrischen Hornstrahlers mit Rillenstruktur,

Fig. 4 gemessene Richtdiagramme des asymmetrischen Hornstrah­ lers in verschiedenen Azimutschnitten (Ebenen ϕ = konst. im r, ϑ, 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 ϑ_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 Längsschnittdarstellung des Ausführungsbei­ spiels nach Fig. 2. 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 ϑ0= 24° . Der Keulenschwenkwin­ kel ϑ0 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 = 60° 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 (5)

1. Asymmetrischer Hornstrahler, bestehend aus einem Speisehohlleiter und wenigstens zwei aufeinanderfolgenden kreiskegelstumpfförmigen Abschnitten, zur Verwendung als Primärerreger einer asymmetrischen Parabolspiegelantenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1 und 2) die Form eines schiefen Kreiskegelstümpfen haben, deren kreisförmige Abschlußflächen (3, 4 und 5) jeweils parallel zueinander stehen und daß der Winkel (β) zwischen der Achse (6) des Speisehohlleiters (7) und den kreisförmigen Abschlußflächen (3, 4, 5) 90° beträgt.

2. Asymmetrischer Hornstrahler, bestehend aus einem Speisehohlleiter und wenigstens zwei aufeinanderfolgenden, unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisenden Abschnitten, zur Verwendung als Primärerreger einer asymmetrischen Parabolspiegelantenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1, 2) die Form von schiefen Pyramidenstümpfen haben, deren rechteckige oder quadratische Abschlußflächen jeweils parallel zueinander stehen, und daß der Winkel zwischen der Achse des einen Rechteck- bzw. Quadratquerschnitt aufweisenden Speisehohlleiters und den rechteckigen bzw. quadratischen Abschlußflächen 90° beträgt.

3. Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Abschnitte (1, 2) teilweise mit einer parallel zu den Abschlußflächen (3, 4, 5) verlaufenden Rillenstruktur versehen ist.

4. Hornstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Abschnitte (1, 2) vollständig mit einer parallel zu den Abschlußflächen (3, 4, 5) verlaufenden Rillenstruktur versehen ist.

5. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der pyramidenstumpfförmigen Abschnitte abgerundet ausgeführt sind.