DE8304409U1 - Broadband microwave radiator - Google Patents
Broadband microwave radiatorInfo
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- DE8304409U1 DE8304409U1 DE19838304409 DE8304409U DE8304409U1 DE 8304409 U1 DE8304409 U1 DE 8304409U1 DE 19838304409 DE19838304409 DE 19838304409 DE 8304409 U DE8304409 U DE 8304409U DE 8304409 U1 DE8304409 U1 DE 8304409U1
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPASIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our symbols Berlin and Munich VPA
83 P 1 O 8 O DE83 P 1 O 8 O DE
ßreitbandiger MikrowelI en stranlerBroadband microwave ovens
Die Erfindung bezieht sich auf einen breitbandigen Mikrowellenstrahler (Primärstrahler) für zwei Polarisationen zur Ausleuchtung eines rotationssymme Tischen Parabolreflektor. The invention relates to a broadband microwave radiator (Primary radiator) for two polarizations to illuminate a rotationally symmetrical table parabolic reflector.
Durch das "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" von Meinke, H.; Gundiach, F.W., 2. Auflage, 1962, Seite 599 ist ~s beispielsweise bekannt, das offene Ende eines Hohlleiters direkt oder trichterförmig erweitert zur Abstrahlung leitungsgebundener Mikrowellen in den freien Raum zu benützen. Ein offenes Hohlleiterende hat jedoch eine hohe Reflexion mit starkem Frequenzgang insbesondere bei Annäherung an die Hohlleitergrenzfrequenz der abzustrahlenden Welle. Daher wird beim bekannten Hornstrahler der Hohlleiterquerschnitt stetig erweitert und dadurch die Reflexion reduziert. Dies hat jedoch auch zur Folge, daß die Hauptkeule der Strahlung wesentlich schmäler wird und sich außerdem eine stärkere Abschattung durch die erweiterte Hornapertur ergibt.Through the "Pocket Book of High Frequency Technology" by Meinke, H.; Gundiach, F.W., 2nd edition, 1962, page 599 is ~ s For example, known, the open end of a waveguide expanded directly or funnel-shaped for radiation to use conducted microwaves in free space. An open waveguide end, however, has a high one Reflection with a strong frequency response, especially when approaching the waveguide cutoff frequency of the waveguide to be emitted Wave. Therefore, in the known horn antenna, the waveguide cross-section is continuously expanded and thereby the Reduced reflection. However, this also has the consequence that the main lobe of the radiation is significantly narrower and there is also stronger shadowing due to the enlarged horn aperture.
Bei einem offenen, abrupten Hohlleiterende liegt das Hauptproblem darin, an der Übergangsstelle vom offenen Hohlleiterende in den'freien Raum den hier bestehenden, stark frequenzabhängigen Wellenwiderstandssprung breitbandig anzupassen. Während nämlich der Wellenwiderstand des freien RaumesThe main problem lies with an open, abrupt waveguide end in it, at the transition point from the open waveguide end In den'frei Raum the strongly frequency-dependent wave resistance jump existing here over a broad band adapt. While namely the wave resistance of free space
Z=V = 377 JPLZ = V = 377 JPL
0 ι C0 0 ι C 0
frequenzunabhängig ist, hat der Quadrathohl leiter den für die Anpassung maßgebenden Leitungswellenwiderstandis frequency-independent, the square hollow conductor has the for the adaptation decisive line impedance
16. Febr. 1983/Klu 1 KdgFebruary 16, 1983 / Klu 1 Kdg
- 2 - VPA 83 P 1 0 8 0 DE- 2 - VPA 83 P 1 0 8 0 DE
V^KHIO/V ^ KHIO /
Der Wellenwiderstandssprung istThe surge in wave resistance is
1010
Der beschränkte Eindeutigkeitsbereich des Quadrathohlleiters zwingt dabei oft zu Betriebsfrequenzen knapp über der H10-Grenzfrequenz, wobei obiger Wellenwider-Standssprung stark ansteigt.The restricted range of uniqueness of the square waveguide often forces operating frequencies just above the H 10 limit frequency, with the above wave resistance jump increasing sharply.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten, sehr breitbandigen Mikrowellenstrahler zu schaffen, der zwei aufeinander senkrechte Linearpolarisationen von je einem separaten Antennenausgang mit hoher gegenseitiger Entkopplung und kleiner Reflexion abstrahlt und dessen offenes, abruptes Hohlleiterende breitbandig möglichst gut angepaßt ist.The invention is based on the object of a simply constructed, very broadband microwave radiator create the two mutually perpendicular linear polarizations, each with a separate antenna output high mutual decoupling and small reflection and its open, abrupt waveguide end broadband is matched as well as possible.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Hohlleiter quadratischen oder runden Querschnitts, dessen eine, dem Parabolreflektor abgewendete Bodenfläche mit einer Metallplatte abgeschlossen ist und an den, in Richtung der Hohlleiterachse gegeneinander versetzt und in Umfangsrichtung unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, zwei vorzugsweise als Koaxial leitungen ausgebildete Zuleitungen angeschlossen sind und an dessen Innenwand nahe der öffnung (Apertur), in Umfangsrichtung jeweils um 90° gegeneinander versetzt und einander gegenüberliegend, Zylinder aus dielektrischem Material mit kleinen Verlusten paarweise in Richtung der Hohlleiter-This object is achieved according to the invention with a waveguide with a square or round cross section, its a floor area facing away from the parabolic reflector a metal plate is completed and to which, offset from one another in the direction of the waveguide axis and in Circumferential direction arranged at an angle of 90 ° to each other, two preferably designed as coaxial lines Leads are connected and on its inner wall near the opening (aperture), in the circumferential direction, respectively offset by 90 ° and opposite one another, cylinder made of dielectric material with small losses in pairs in the direction of the waveguide
- 3 - VPA S3 P \ O 8 O DE- 3 - VPA S3 P \ O 8 O DE
achse hintereinander angeordnet sind.axis are arranged one behind the other.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben. 5Advantageous refinements and developments of the subject of the application are specified in the subclaims. 5
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Antennenanordnung mit einem Mikrowellenstrahler und einem rotationssymmetrischen Parabolreflektor und1 shows an antenna arrangement with a microwave radiator and a rotationally symmetrical parabolic reflector and
Fig. 2 einen Mikrowellenstrahler in Einzelciarstel lung.Fig. 2 is a microwave radiator in Einzelciarstel development.
In Fig. 1 ist eineAntennenanordnung mit einem Mikrowellenstrahler 1 (Primärstrahler) und einem von diesem ausgeleuchteten rotationssymmetrischen Parabolreflektor mit einer ebenen Scheitelplatte 15 in der Mitte dargestellt. Der Primärstrahler wird von einer Stütze 13 gehalten, die durch eine Öffnung 14 des Parabolreflektors 12 hindurchgreift. Der Mikrowellenstrahler 1 ist im Ausführungsbeispiel als Hohlleiter quadratischen Querschnitts ausgebildet, der in Fig. 2 in Einzeldarstellung gezeigt ist.In Fig. 1 is an antenna arrangement with a microwave radiator 1 (primary radiator) and a rotationally symmetrical parabolic reflector illuminated by this a flat apex plate 15 shown in the middle. The primary radiator is held by a support 13, which reaches through an opening 14 of the parabolic reflector 12. In the exemplary embodiment, the microwave radiator 1 is designed as a waveguide with a square cross-section, which is shown in Fig. 2 in detail.
Der Hohlleiter beim Mikrowellenstrahler ist an der dem Parabolreflektor abgewendeten Bodenfläche mit einer Metallplatte 2 abgeschlossen. Die Ein- und Auskopplung der beiden aufeinander senkrechten H.Q-Poiarisationen erfolgt mit je einer Koaxialleitung 3,5,die, in Richtung der Hohlleiterachse gegeneinander versetzt, zwei benachbarte Seitenwände jeweils in der Mitte der Hohlieiterseite durchdringen und deren verlängerter Innenleiter 4,6 als Koaxialsonde etwa 0,3a tief in den Hohlleiter hineinragt, a ist dabei die Innenseitenlänge der quadratischen Grundfläche des Hohlleiters. Die öffnungsnahe Koaxialsonde 4 regt mit ihrem senkrechten E-FeId die vertikal polarisierte H10-WeHe an. Außerdem erzeugtThe waveguide in the microwave radiator is closed with a metal plate 2 on the floor surface facing away from the parabolic reflector. The two perpendicular HQ polarizations are coupled in and out of each other with a coaxial line 3, 5, which, offset from one another in the direction of the waveguide axis, penetrate two adjacent side walls in the middle of the hollow conductor side and their extended inner conductor 4, 6 as a coaxial probe 0.3a protrudes deep into the waveguide, a is the inside length of the square base of the waveguide. The coaxial probe 4 close to the opening excites the vertically polarized H 10 -WeHe with its vertical E field. Also generated
83 P 1 O 8 O DE I83 P 1 O 8 O DE I.
- 4 - VPA 4- 4 - VPA 4
diese Sonde ein elektrisches Längsfeld, das im Quadrat- i\ this probe generates a longitudinal electric field, which is squared i \
hohlleiter ein E^-Störfeld zur Folge hat. Die Länge |Waveguide results in an E ^ interference field. The length |
der öffnungsnahen Sonde 3 bis zur Apertur ist dabei so |of the probe 3 close to the opening up to the aperture is so |
bemessen, daß seine aperiodische E..-Dämpfung gemäß ,dimensioned that its aperiodic E .. damping according to,
der Anforderung ausreichend groß ist, insbesondere an :;: the requirement is sufficiently large, in particular on:; :
der kritischen oberen Bandgrenze ^οκ(Χοκ) der Bedingung '-f. the critical upper band limit ^ ο κ (Χ ο κ) of the condition '-f.
genügt: i: suffices: i:
wobei ^KFIi = a ~f? ist·where ^ KFIi = a ~ f? i st
In den Koaxialarmen, deren Länge ca. die Hälfte der Innenseitenlänge a beträgt, sind spezielle Transformatoren mit Induktivitäten L und Kapazitäten C untergebracht, die im Zusammenwirken mit der vorkompensierten Apertur die Breitbandanpassung des Strahlers ermöglichen. Im Abstand von etwa a/2 hinter den beiden Koaxialsonden 4,6 ist jeweils ein Kurzschluß angeordnet. Dieser wird für die öffnungsnahe Sonde 4 von einem senkrechten Querblech 7 gebildet, das etwa 0,25 a breit ist, und das die öffnungsferne Koaxialsonde praktisch nicht stört. Der Kurzschluß für die öffnungsferne Koaxialsonde 6 ist die Metallplatte 2, die den Quadrathoh1 leiter hinten abschließt. Der Abstand zwischen dieser Metallplatte 2 und der Hinterkante des Querblechs 7 muß bei der höchsten Betriebsfrequenz fQb kleiner als "A^ob^2 sein· Bei der Special transformers with inductances L and capacitances C are housed in the coaxial arms, the length of which is approximately half the inner side length a. A short circuit is arranged at a distance of about a / 2 behind the two coaxial probes 4, 6. For the probe 4 close to the opening, this is formed by a vertical transverse plate 7 which is approximately 0.25 a wide and which practically does not interfere with the coaxial probe remote from the opening. The short circuit for the coaxial probe 6 remote from the opening is the metal plate 2, which terminates the square conductor at the rear. The distance between this metal plate 2 and the rear edge of the transverse plate 7 must be smaller than "A ^ ob ^ 2 at the highest operating frequency f Qb · When
%/Z Resonanz dieses beidseitig verschlossenen Raumes tritt nämlich ein starker Einbruch der Entkopplung zwischen beiden Polarisationen auf, und die Reflexion an den Koaxialzugängen steigt resonanzartig an. % / Z resonance of this space, which is closed on both sides, occurs a strong break in the decoupling between the two polarizations, and the reflection at the coaxial accesses increases like a resonance.
Um die Koaxialzuleitungen gegenüb&r dem in Fig. 1 skizzierten Verlauf weiter zu verkürzen, ist es zweckmäßig, eine der beiden koaxialen Einkopplungen, vorzugsweise die öffnungsferne, unmittelbar vor der EinmündungTo the coaxial feed lines compared to that in Fig. 1 To further shorten the sketched course, it is expedient to use one of the two coaxial couplings, preferably the one remote from the opening, immediately before the confluence
- 5 - VPA 83 P t O 8 O DE- 5 - VPA 83 P t O 8 O DE
in den Hohlleiter um 90° abzuwinkein und gegebenenfalls gleich in die Richtung der schrägen Stütze 13 zu schwenken, die den Mikrowellenstrahler in seinsr Position hält. Dies ermöglicht die Verwendung gerader, starrer Koaxial-Zuleitungen mit kleinstmöglicher Dämpfung und Reflexion.angled into the waveguide by 90 ° and if necessary equal to pivot in the direction of the inclined support 13, which holds the microwave heater in his position. This enables straight, rigid coaxial feed lines to be used with the lowest possible attenuation and reflection.
Zur breitbandigen Anpassung des stark frequenzabhängigen Wellenwiderstandssprunges an der Übergangsstelle vom offenen Hohlleiterende in den freien Raum sind im Bereich derFor broadband adaptation of the heavily frequency-dependent Wave resistance jump at the transition point from the open Waveguide ends in the free space are in the area of the
^O Apertur Parallelkapazitäten vorgesehen, vorzugsweise um ^H/8 vor 6^r Apertur im Oaudrathohlleiter, wobei >^H einer mittleren Frequenz des Frequenzbandes zugeordnet ist. Diese Kapazitäten sind jeweils in zwei Teilkapazitäten zerlegt und bestehen aus Zylindern aus dielektrischem^ O aperture parallel capacitances provided, preferably by ^ H / 8 in front of 6 ^ r aperture in the Oaudrathohlleiter, where> ^ H is assigned to a mean frequency of the frequency band. These capacities are divided into two partial capacities and consist of cylinders made of dielectric
^ Material mit kleinen Verlusten, die an den vier Innenwänden jeweils in der Mittel der Hohlleiterinnenseite einander gegenüberliegen und in Richtung der Hohlleiterachse gegeneinander versetzt angeordnet sind. Beim dargestellten Mikrowellenstrahler nach Fig. 2 sind die Zylinder 8, 8' an der Unterseite, die Zylinder 9,9' an der Oberseite, die Zylinder 10, 10' an der linken Seite und die Zylinder 11, 11' an der rechten Seite angebracht. Der Abstand zweier Teilkapazitäten bzw. der sie realisierenden Zylinder ist so gewählt, daß er an der oberen Bandgrenze angenäheriXHob/4 beträgt. Hier löschen sich also beide Teilkapazitäten gegenseitig fast aus. Dagegen ist bei der wesentlich tieferen Frequenz f an der unteren Bandgrenze und bei gleichem geometrischen Abstand der Teilkapazitäten wie oben ihr elektrischer Abstand l/Λ^ viel^ Material with small losses, which on the four inner walls lie opposite one another in the middle of the inside of the waveguide and are arranged offset from one another in the direction of the waveguide axis. In the illustrated microwave radiator according to FIG. 2, the cylinders 8, 8 'are mounted on the underside, the cylinders 9, 9' on the top, the cylinders 10, 10 'on the left-hand side and the cylinders 11, 11' on the right-hand side . The distance between two partial capacities or the cylinders realizing them is chosen so that it is approximately Hob / 4 at the upper band limit. So here both partial capacities almost cancel each other out. In contrast, at the much lower frequency f at the lower band limit and with the same geometric spacing of the partial capacitances as above, their electrical spacing is l / Λ ^ much
kleiner als bei der höheren Frequenz f b, wobei nicht nur der Frequenzunterschied von f . nach f maßgebend ist, sondernder demgegenüber wesentlich größere Wellenlängenunterschied im Hohlleiter. Beide Teilkapazitäten addieren sich daher bei der unteren Frequenz f fast,smaller than at the higher frequency f b , whereby not only the frequency difference of f. according to f is decisive, but rather the significantly larger wavelength difference in the waveguide. Both partial capacitances therefore almost add up at the lower frequency f,
°° und die resultierende Kapazität wirkt örtlich in der Mitte zwischen den Teilkapazitäten, Der Betrag de^ resultierenden Kapazität nimmt in gewünschter Weise von der°° and the resulting capacity acts locally in the Middle between the partial capacities, the amount de ^ resulting Capacity decreases in the desired manner from the
» t ■»T ■
_ 6 - YPA 83 P 1 G 8 O DE_ 6 - YPA 83 P 1 G 8 O DE
unteren Frequenzgrenze f nach der oberen Frequenzgrenze fQb stark ab. Frequenzgang, Betrag und Ort der resulierenden Kapazität sind Ober Abstand, Größe und Lage der Einzelkapazitäten definiert beeinflußbar. 5lower frequency limit f after the upper frequency limit f Qb sharply. Frequency response, amount and location of the resulting capacitance can be influenced in a defined manner via the distance, size and position of the individual capacities. 5
Sehr wichtig ist, daß die Teilkapazitäten nicht als Metallzyiinder an der Hohlleiterwand realisiert sind. Solche" Zylinder wirken nämlich nur für diejenige Polarisation kapazitiv, deren E-FeId parallel zur Zylinderachse liegt.It is very important that the partial capacities are not used as metal cylinders are realized on the waveguide wall. Such "cylinders are only effective for that polarization capacitive, the E field of which is parallel to the cylinder axis.
Dagegen wirken sie für die dazu senkrechte Polarisation induktiv, d.h. die wirksame Hohlleiterbreite für diese Polarisation ist gegenüber der lichten Hohlleiterbreite eingeengt. Somit steigt die zugehörige Η,,,-Grenzf requenz im Quadrathohl leiter und rückt ncch näher an die Banduntergrenze fu> was die Anpassung hier sehr erschwert. Derartige Schwierigkeiten werden vermieden, indem die acht Zylinder hinter der Apertur aus dielektrischem Material mit kleinen Verlusten bestehen. Die dielektrischen Zylinder wirken für beide Polarisationen kapazitiv. Mit einer gezielten Korrektur der öffnungsnahen dielektrischen Zylinder kann außerdem die dielektrische Störung eines Deckels kompensiert werden, der vorzugsweise zum wetterfesten Verschluß des Strahlers etwa in der Aperturebene angeordnet ist. Die Anregung von Störwellentypen απ den dielektrisehen Zylindern wird dadurch unterbunden, daß jede Einzelkapazität symmetrisch gestaltet wird, d.h. jeweils aus zwei Hälften an beiden einander gegenüberliegenden Hohlleiterwänden gebildet wird.In contrast, they have an inductive effect for the polarization perpendicular thereto, ie the effective waveguide width for this polarization is narrowed compared to the clear waveguide width. Thus, the associated Η ,,, - limit frequency in the square hollow conductor increases and moves closer to the lower band limit f u>, which makes the adjustment very difficult here. Such difficulties are avoided in that the eight cylinders behind the aperture are made of dielectric material with low losses. The dielectric cylinders act capacitively for both polarizations. With a targeted correction of the dielectric cylinders close to the opening, the dielectric interference of a cover can also be compensated, which is preferably arranged approximately in the plane of the aperture for the weatherproof closure of the radiator. The excitation of interfering wave types απ the dielectric cylinders is suppressed in that each individual capacitance is designed symmetrically, that is to say is formed from two halves on the two opposite waveguide walls.
Die Doppelkapazität zur Anpassung des Wellenwiderstandssprunges an der Übergangsstelle vom offenen Hohlleiterende in den freien Raum kann auch auf der Hohlleiterachse angebracht werden. In diesem Fall könnten dann die Zylinder aus Metall oder Dielektrikum bertehen.The double capacitance for adapting the surge in wave impedance at the transition point from the open waveguide end to the free space can also be attached to the waveguide axis. In this case, the cylinder of metal or dielectric could then be r tehen.
- 7 - VPA 83 P 1 O 8 O DE- 7 - VPA 83 P 1 O 8 O DE
Die vorstehenden Erläuterungen gelten auch für den Rundhohlleiter, vorzugsweise aber für den Quadrathohl leiter, weil dieser den theoretischen Eindeutigkeitsbereich der relativen Breite~f2* aufweist gegenüber nur 1,3 bei Rundhohlieitern.The above explanations also apply to the round hollow conductor, but preferably to the square hollow conductor, because this has the theoretical uniqueness of the relative width ~ f2 * compared to only 1.3 for round hollow conductors.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Anpassung des Wellen-Widerstandssprungs an der Übergangsstelle vom offenen Hohlleiterende in den freien Raum sind selbstverständlich auch anwendbar für Hohlleiter, deren Apertur, abweichend vom exakt abrupten Ende, einen z.B. trichterförmigen Ansatz aufweist.The inventive measures for adapting the wave resistance jump at the transition point from the open Waveguide ends in the free space are a matter of course Can also be used for waveguides whose aperture, deviating from the exactly abrupt end, has a funnel-shaped attachment, for example.
11 Patentansprüche11 claims
2 Figuren2 figures
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19838304409 DE8304409U1 (en) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | Broadband microwave radiator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19838304409 DE8304409U1 (en) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | Broadband microwave radiator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8304409U1 true DE8304409U1 (en) | 1986-01-30 |
Family
ID=6750104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19838304409 Expired DE8304409U1 (en) | 1983-02-17 | 1983-02-17 | Broadband microwave radiator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8304409U1 (en) |
-
1983
- 1983-02-17 DE DE19838304409 patent/DE8304409U1/en not_active Expired
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