DE4002058A1

DE4002058A1 - Conical microwave range antenna - has reflector directing emission through cylinder dome for circular polar diagram

Info

Publication number: DE4002058A1
Application number: DE19904002058
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Huder
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1991-08-01

Abstract

A microwave antenna has a base section coupling a rectangular waveguide (1) to a circular wave guide (2) that connects with a rotationally symmetrical horn antenna (3). The emitting surface of the horn is axially aligned with a conical reflector (6). The main emission is reflected from the surface of the cone in a horizontal direction and passes through a hollow cylinder (5) of dielectric layers. ADVANTAGE - Simple construction with low transmission losses.

Description

Die Erfindung geht aus von einer konusförmigen Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a conical antenna according to the preamble of claim 1.

In der DE 33 35 049 ist eine Doppelkonusantenne mit Rund strahlcharakteristik für den Mikrowellenbereich, insbeson dere Millimeterwellenbereich, beschrieben, einschließlich eines Wellentypwandlers von der Rechteckhohlleiterwelle zur Welle in einer Koaxialleitung, welche zur Speisung der Doppelkonusantenne dient. Von Vorteil ist bei der bekann ten Antenne die große relative Bandbreite, die mit dem be schriebenen Wellentypwandler erzielt werden kann (bis zu ca. 25%); von Nachteil sind dagegen die merklichen Trans missionsverluste (ca. 1 bis 2 dB im Millimeterwellenbe reich) dieses Wellentypwandlers, die den Gewinn der An tenne um denselben Betrag reduzieren. Ein weiteres Problem stellt die mechanische Fixierung des koaxialen Mittellei ters im Oberteil der Doppelkonusantenne dar, da die Lei tungsabmessungen einer Koaxialleitung im Millimeterwellen bereich sehr klein sein müssen.DE 33 35 049 is a double cone antenna with a round beam characteristics for the microwave range, in particular their millimeter wave range, including a wave type converter from the rectangular waveguide shaft to the shaft in a coaxial line, which feeds the Double cone antenna is used. Is an advantage with the known ten antenna the large relative bandwidth that is associated with the be can be achieved (up to approx. 25%); however, the noticeable trans are a disadvantage Mission losses (approx. 1 to 2 dB in the millimeter wave range rich) of this wave type converter, which is the profit of the An reduce the floor by the same amount. Another Problem provides the mechanical fixation of the coaxial central egg ters in the upper part of the double cone antenna, since the Lei dimensions of a coaxial line in millimeter waves area must be very small.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, welche einen einfacheren mechani schen Aufbau und geringere Transmissionsverluste in der Speiseleitung aufweist.The object of the invention is an antenna of the beginning Specify the type mentioned, which is a simpler mechani structure and lower transmission losses in the Has feed line.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung.This object is achieved by the im characterizing part of claim 1 specified Characteristics. The further claims contain advantageous ones Developments and embodiments of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures explained.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausfüh rungsform der Erfindung. Sie besteht aus einem Wellen typwandler, der die H₁₀-Welle im Rechteckhohlleiter 1 in eine rotationssymmetrische Welle eines Rundhohlleiters 2 überführt, vorzugsweise in die E₀₁-Welle. An den Wellen typwandler schließt sich eine rotationssymmetrische Horn antenne 3 an, im vorliegenden Fall ein Kegelhorn, welche auf einen gegenüberliegenden kegelförmigen Reflektor 6 ge richtet ist. Dieser zeigt mit seiner Spitze auf die Horn antenne 3; die Rotationsachsen von Reflektor 6 und Hornan tenne 3 fallen zusammen. Fig. 1 shows a section through a preferred embodiment of the invention. It consists of a wave type converter, which converts the H ₁₀ wave in the rectangular waveguide 1 into a rotationally symmetrical wave of a circular waveguide 2 , preferably in the E ₀₁ wave. At the wave type converter is followed by a rotationally symmetrical horn antenna 3 , in the present case a cone horn, which is directed to an opposite conical reflector 6 ge. This points with its tip on the horn antenna 3 ; the axes of rotation of reflector 6 and Hornan 3 coincide.

In einem Rundhohlleiter existieren Wellentypen mit rotati onssymmetrischer Feldverteilung. Von diesen Wellentypen ähnelt der Feldverlauf des E₀₁-Wellentyps demjenigen des TEM-Wellentyps in einer Koaxialleitung. Der Verlauf des elektrischen Feldes im Leitungsquerschnitt ist für die oben genannten Wellentypen in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2A zeigt den Verlauf der elektrischen Feldstärke des H₁₀-Wel lentyps im Rechteckhohlleiter, Fig. 2B den E₀₁-Wellentyp im Rundhohlleiter, Fig. 2C den TEM-Wellentyp im Koaxial leiter. Wellentypwandler, die einen Hohlleiterwellentyp in einen anderen umwandeln, sind aus der Literatur bekannt. Insbesondere ein Wandler des H₁₀-Rechteckhohlleitertyps in den E₀₁-Rundhohlleitertyp ist in S. Silver: "Microwave An tenna Theory and Design", Peter Peregrinus Ltd., London 1984, S. 308 beschrieben. Dieser Wellentypwandler ist zwar schmalbandig - was bei vielen Anwendungen im Millimeter wellenbereich keine Rolle spielt - zeichnet sich dafür aber durch einen einfachen mechanischen Aufbau und geringe Transmissionsverluste aus.In a circular waveguide there are shaft types with rotationally symmetrical field distribution. Of these wave types, the field profile of the E ₀₁ wave type is similar to that of the TEM wave type in a coaxial line. The course of the electric field in the line cross section is shown in FIG. 2 for the above-mentioned wave types. Fig. 2A shows the profile of the electric field strength of the H ₁₀ WEL lentyps in the rectangular waveguide; Fig. 2B shows the E ₀₁ wave type in the circular waveguide, Fig. 2C the TEM wave type conductors in coaxial. Wave type converters that convert one waveguide wave type to another are known from the literature. In particular, a converter of the H ₁₀ rectangular waveguide type to the E ₀₁ circular waveguide type is described in S. Silver: "Microwave An tenna Theory and Design", Peter Peregrinus Ltd., London 1984, p. 308. Although this wave type converter is narrow-band - which is not important for many applications in the millimeter wave range - it is characterized by a simple mechanical design and low transmission losses.

Mit dem E₀₁-Wellentyp wird gemäß der Erfindung eine in ih rer Innenkontur rotationssymmetrische Hornantenne 3 ge speist. Auf Grund der Rotationssymmetrie sowohl des anre genden Feldes als auch der Hornantenne entsteht eine rota tionssymmetrische Richtcharakteristik. Diese hat auf Grund der speziellen Feldverteilung des E₀₁-Wellentyps eine Nullstelle in axialer Richtung Z. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Richtcharakteristik der Hornantenne 3 mit Hauptkeulen 8 und Nebenkeulen 9.With the E ₀₁ -wave type a ge in their inner contour rotationally symmetrical horn antenna 3 is fed according to the invention. Due to the rotational symmetry of both the exciting field and the horn antenna, a rotationally symmetrical directional characteristic is created. Due to the special field distribution of the E ₀₁ wave type, this has a zero in the axial direction Z. FIG. 3 shows a section through the directional characteristic of the horn antenna 3 with main lobes 8 and side lobes 9 .

Die Hornantenne 3 strahlt den kegelförmigen Reflektor 6 mit einer Hauptkeule 8 unter dem Winkel R_o an, siehe Fig. 3. Je nach Wahl des Kegelwinkels ⌀, Fig. 1, wird die Strahlung so reflektiert, daß sich für die Gesamtantenne eine Rundstrahlcharakteristik in horizontaler Richtung 7 ergibt (⌀=90°+R_o), oder die Hauptstrahlrichtung von der Horizontalen abweicht (⌀≠90°+R_o). Die von der Antenne abgestrahlte Welle ist im Ausführungsbeispiel vertikal polarisiert. Die axiale Fixierung des kegelförmigen Re flektors 6 über der Hornantenne 3 wird vorzugsweise mit einem als Radom dienenden Hohlzylinder 5 vorgenommen, wel cher auf einem Gehäuse 4 sitzt, Fig. 1. Dieses beispiels weise aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten be stehende Radom wird in einer weiteren Ausführung der Er findung mit Mitteln zur Erzeugung einer zirkularen Polari sation aus der abgestrahlten linearen Polarisation verse hen; z. B. mit mäanderförmigen Metallstrukturen auf den Schichten, wie an sich bekannt.The horn antenna 3 radiates the conical reflector 6 with a main lobe 8 at the angle R _o , see Fig. 3. Depending on the choice of the cone angle ⌀, Fig. 1, the radiation is reflected in such a way that an omnidirectional characteristic is horizontal for the overall antenna Direction 7 results (⌀ = 90 ° + R _o ), or the main beam direction deviates from the horizontal (⌀ ≠ 90 ° + R _o ). The wave emitted by the antenna is vertically polarized in the exemplary embodiment. The axial fixation of the conical Re reflector 6 above the horn antenna 3 is preferably carried out with a serving as a radome hollow cylinder 5 , which sits securely on a housing 4 , Fig. 1. This example from one or more dielectric layers be standing in a radome further execution of the invention with means for generating a circular polarization from the radiated linear polarization; e.g. B. with meandering metal structures on the layers, as known per se.

Um eine Abstrahlung von auf dem kegelförmigen Reflektor laufenden Oberflächenwellen, und damit Nebenkeulen im Richtdiagramm (unter ca. 90°-⌀/₂ bezogen auf die Horizon tale), zu verhindern, wird in vorteilhafter Ausführung der Erfindung die obere Kante des Kegelförmigen Reflektors 6 mit Absorbermaterial belegt, oder mit umlaufenden Einfrä sungen versehen, die die Oberflächenwellen reflektieren.In order to prevent radiation from surface waves running on the conical reflector, and thus side lobes in the directional diagram (below approx. 90 ° -⌀ / ₂ based on the horizon), the upper edge of the conical reflector 6 is used in an advantageous embodiment of the invention Absorber material occupied, or provided with circumferential millings that reflect the surface waves.

Der kegelförmige Reflektor 6 kann aus Metall gefertigt werden. Aus Gewichtsgründen kann der Kegel auf einen Ke gelmantel reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit be steht in der Ausführung aus Kunststoff, wobei jedoch die Außenfläche des Kegels bzw. Kegelmantels gut reflektierend sein muß, was mit einer Metallisierung erreicht werden kann. The conical reflector 6 can be made of metal. For weight reasons, the cone can be reduced to a cone jacket. Another possibility be in the design made of plastic, but the outer surface of the cone or cone shell must be highly reflective, which can be achieved with a metallization.

Bei Verwendung eines Wellentypwandlers, der aus dem H₁₀- Wellentyp im Rechteckhohlleiter 1 den H₀₁-Wellentyp im Rundhohlleiter 2 erregt, wird mit der beschriebenen Anten nenanordnung eine Rundstrahlcharakteristik mit horizonta ler Polarisation erzeugt.When using a wave type converter which excites the H ₀₁ wave type in the rectangular waveguide 1 from the H ₁₀ wave type in the circular waveguide 2 , an omnidirectional characteristic with horizontal polarization is generated with the antenna arrangement described.

Claims

1. Conical antenna for the microwave range, in particular the millimeter wave range, with omnidirectional characteristics, which contains a wave type converter in its feed line, characterized by the following features:

- The wave type converter converts the basic wave type in a rectangular waveguide ( 1 ) into a rotationally symmetrical wave type for a round waveguide ( 2 );
- To the circular waveguide ( 2 ) a rotationally symmetrical horn antenna ( 3 ) is connected;
- The horn antenna ( 3 ) is a conical Re reflector ( 6 ) opposite such that the reflector tip of the horn antenna ( 3 ) is turned and the axes of rotation of the horn antenna ( 3 ) and reflector ( 6 ) coincide.

2. Conical antenna according to claim 1, characterized in that the wave type converter in the circular waveguide ( 2 ) excites the E ₀₁ wave type.

3. Conical antenna according to claim 1, characterized in that the wave type converter in the circular waveguide ( 2 ) excites the H ₀₁ wave type.

4. Conical antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the conical Re reflector ( 6 ) is carried by a radome ( 5 ) serving as a hollow cylinder.

5. Cone-shaped antenna according to claim 4, characterized in that the radome ( 5 ) is provided with structures for polarization conversion.

6. Cone-shaped antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the upper edge of the conical reflector ( 6 ) is coated with absorber material.

7. Cone-shaped antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the upper edge of the conical reflector gene ( 6 ) is provided with circumferential millings.