DE8507587U1 - Double band groove horn with dielectric balancing - Google Patents
Double band groove horn with dielectric balancingInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/02—Waveguide horns
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Description
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen _ __ Berlin und München VPA &bgr;5 &Rgr; 11^9 DESiemens Aktiengesellschaft Our reference _ __ Berlin and Munich VPA &bgr;5 &Rgr; 11^9 DE
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen Querschnitts anschließenden Übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder.The invention relates to a horn antenna consisting of a transition part connected to a feed waveguide of circular cross-section and a horn whose funnel-shaped, widening inner wall is provided with grooves for two separate frequency bands.
Im Mikrowellenbereich finden derartige Rillenhörner wegen ihrer günstigen Eigenschaften häufig Anwendung. Sie weisen bei geeigneter Oimensionierung in einem breiten Frequenzband eine gute Anpassung sowie Richtcharakteristiken mit hoher Axialsymmetrie und geringer Kreuzpolarisation auf. Zur Erreichung dieser Eigenschaften müssen die Rillenabmessungen genau dimensioniert sein.Such groove horns are often used in the microwave range due to their favorable properties. With appropriate dimensioning, they have good adaptation in a wide frequency band and directional characteristics with high axial symmetry and low cross-polarization. To achieve these properties, the groove dimensions must be precisely dimensioned.
Bei der Oimensionierung von Doppelbaldrichtfunkantennen werden als Erreger für das Spiegelsystem vorwiegend kurze Rillenhornstrahler verwendet, da Hörner mit großen Öffnungswinkeln, d.h. > 30°, gute Diagrammeigenschaften über einen weiten Frequenzbereich bei kurzer Baulänge ermöglichen. Dabei ist es bei Serienantennen wichtig, daß keine mechanisch zu komplizierten Strukturen der Rillen und der Übergangszone vom Speisehohlleiter zum Rillenteil des Horns benötigt werden, da sonst das Horn in aufwendiger Weise aus mehreren Paßteilen zusammengesetzt werden muß. Insbesondere die Optimierung des Reflexionsfaktors in zwei um den Faktor 1.7 auseinanderliegenden Frequenzbändern auf Werte unter 3% ist beim Entwurf der Hörner nach bekannten Dimensionierungsregeln durch einfaches Variieran der Rillen und der Übergangsform im Metallkörper des Horns nicht gewährleistet. Bei trockenluftgeschützten Antennenzuleitungen ist zudem die Druck-When dimensioning double-bald directional radio antennas, short grooved horn radiators are mainly used as exciters for the mirror system, since horns with large opening angles, i.e. > 30°, enable good diagram properties over a wide frequency range with a short overall length. In series antennas, it is important that no mechanically complicated structures of the grooves and the transition zone from the feed waveguide to the grooved part of the horn are required, since otherwise the horn would have to be assembled in a complex manner from several fitting parts. In particular, the optimization of the reflection factor in two frequency bands that are 1.7 apart to values below 3% is not guaranteed when designing the horns according to known dimensioning rules by simply varying the grooves and the transition shape in the metal body of the horn. In the case of dry air-protected antenna feed lines, the pressure
14. März 1985 / KIu 1 Kdg14 March 1985 / KIu 1 Kdg
- 2 - VPA 85 P 1 M 9 DE- 2 - VPA 85 P 1 M 9 EN
abdichtung am Horn ,üblicherweise eine dielektrische Platte, in den Reflexionsabgleich miteinzubeziehen, deren Kompensation bei hohen Bandbreiten schwierig ist.Sealing on the horn, usually a dielectric plate, should be included in the reflection adjustment, the compensation of which is difficult at high bandwidths.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß eine Optimierung der Reflexion in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern in einfacher Weise erreicht wird.The invention is based on the object of designing a horn antenna of the type described above in such a way that an optimization of the reflection in two different frequency bands is achieved in a simple manner.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in d^r Weise gelöst, daß der Übergangsteil sich nach einer BQ-e >x -Kurve ( BQ = Speisehohlleiterdurchmesser, x= Längsausdehnung des Horns, K= Koeffizient mit dem Wert <£1, n= Koeffizient mit einem Wert 2<n <8),in der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel bei der ersten Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der dem Horn zugekehrte Endbereich des Übergangsteils auf einer Länge von SQ/8 bis SQ/3 (SQ=Länge des Übergangsteils) mit einem Dielektrikum niedriger Dielektrizitätskonstante (£ri <1»3) 9anz oder teilweise ausgefüllt ist, in der Weise, daß eine Teillänge des Dielektrikums niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (Er2—2,5 bis 4,7) zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.This object is achieved according to the invention in such a way that the transition part expands according to a B Q -e > x curve (B Q = feed waveguide diameter, x = longitudinal extension of the horn, K = coefficient with the value <£1, n = coefficient with a value 2<n <8), in such a way that the opening angle at the first groove of the horn corresponds to 0.5 - 0.2 times the continuous opening angle of the horn and that the end region of the transition part facing the horn is completely or partially filled with a dielectric of low dielectric constant (£ r i < 1 » 3 ) over a length of S Q /8 to S Q /3 (S Q = length of the transition part), in such a way that a partial length of the dielectric of low dielectric constant is replaced by at least one thin disk of a material of higher dielectric constant (E r 2–2.5 to 4.7) to fulfil the function of a reflection-optimized pressure seal.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the subject matter of the invention are specified in the subclaims.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing.
Es zeigenShow it
Fig. 1 den Hornstrahler mit Übe-rgangstei 1 und Horn in einer geschnittenen Teildarstellung undFig. 1 the horn antenna with transition part 1 and horn in a sectional partial view and
Fig. 2 den mit Dielektrikas gefüllten Endbereich des öbergangsteils. Fig. 2 the end area of the transition part filled with dielectrics.
- 3 - VPA 35 &rgr;' &pgr; 49DE- 3 - VPA 35 &rgr;' &pgr; 49DE
Der in Fig. 1 dargestellte Hornstrahler besteht aus einem Übergangsteil 1 der Länge SQ und einem Horn 2 (Ri1 lentei 1). Der Durchmesser des Übergangsteils 1 im Anschlußbereich des Speisehohlleiters in der Fig. 1 an der Stelle x=o ist so dimensioniert, daß die Abhängigkeit des Feldwellenwiderstandes der Grundwelle H11 im unteren Band vom Hohlleiterdurchmesser aus dem sehr steilen Bereich nahe der Grenzfrequenz herauskommt, die E11-WeIIe im oberen Bereich jedoch möglichst noch nicht ausbreitungsfähig ist. Das übergangsteil 1 erweitert sich bei x=o, ausgehend vom Durchmesser des Speisehohlleiters bis zu einem Durchmesser, bei dem die Bedingung fu/ >1.3 erfüllt ist (fu=unterste Betriebsfrequenz, f =Grenzfrequenz der H11-WeIIe) nach einer BQ.e -Kurve in der Weise, daß der öffnungswinkel bei der ersten Rille 0,5 - 0.2 mal dem stetigen öffnungswinkel des folgenden Horns entspricht. Hierbei ist BQ der Speisehohlleiterdurchmesser, &khgr; die Längenausdehnung des Horns, K ein Koeffizient mit dem Wert^.1 und &eegr; ein Koeffizient mit einem Wert 2<&eegr; <8,beispielsweise 5. Statt einer stetigen Durchmesser-The horn antenna shown in Fig. 1 consists of a transition part 1 of length S Q and a horn 2 (horn 1). The diameter of the transition part 1 in the connection area of the feed waveguide in Fig. 1 at the point x=o is dimensioned such that the dependence of the field impedance of the fundamental wave H 11 in the lower band on the waveguide diameter comes out of the very steep range near the cut-off frequency, but the E 11 wave in the upper range is as far as possible not yet able to propagate. The transition part 1 expands at x=o, starting from the diameter of the feed waveguide to a diameter at which the condition fu/ >1.3 is fulfilled (f u = lowest operating frequency, f = cut-off frequency of the H 11 wave) according to a B Q .e curve in such a way that the opening angle at the first groove corresponds to 0.5 - 0.2 times the continuous opening angle of the following horn. Here, B Q is the feed waveguide diameter, x the length of the horn, K is a coefficient with the value ^.1 and η a coefficient with a value 2<η <8, for example 5. Instead of a continuous diameter
^O erweiterung werden zweckmäßigerweise im Übergangsteil Zylinderrohrbereiche mit konstanten Durchmessersprüngen verwendet. Dadurch wird die Lage des dielektrischen Körpers stabilisiert und die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Der übergangsteil 1 weist dabei einen flachen Anlauf auf, bei (jem die stufung erst nach etwa 2/3 seiner Länge beginnt. Das folgende Horn 2 ist entsprechend den bekannten Formeln und Rechenprogrammen zur Strahlungsoptimierung aufgebaut. Bei entsprechender Dimensionierung hat ein solches Horn typischerweise Reflexionsfaktoren von rO0% im unteren Band und r< 5% im oberen Band.For the expansion, cylindrical tube sections with constant diameter jumps are expediently used in the transition section. This stabilizes the position of the dielectric body and simplifies the manufacture of the arrangement. The transition section 1 has a flat start, with the stepping only beginning after about 2/3 of its length. The following horn 2 is constructed according to the known formulas and calculation programs for radiation optimization. With appropriate dimensioning, such a horn typically has reflection factors of rO0% in the lower band and r< 5% in the upper band.
Die am Hornknick und bei den ersten Rillen erzeugte Störung der Grundwelle H11 im unteren Band wird in einem axial ausgedehnten Bereich im BQ.e -übergang mit einem sehr schwachen Hartscha'jmdielektrikum 3 (£r1 <C 1,3) am nächstmöglichen Ort im Übergang kompensiert. Das Dielektrikum 3 füllt dabei etwa das letzte Viertel des Übergangs-The disturbance of the fundamental wave H 11 in the lower band, which is generated at the horn bend and at the first grooves, is compensated in an axially extended area in the B Q .e transition with a very weak hard foam dielectric 3 (£ r1 <C 1.3) at the closest possible location in the transition. The dielectric 3 fills approximately the last quarter of the transition area.
ilia .ilia .
- 4 - VPA 85 P 1 H 9 DE- 4 - VPA 85 P 1 H 9 EN
teils 1 in Richtung des Horns 2 ganz oder teilweist aus. Wegen des großen Abstands der Frequenzbänder und damit des Hohlleiterwellenlängenverhältnisses "A^gJ unten / ^H F 1 oben *st es "1^gIiCh, die hervorgerufene Störung im oberen Band durch den axialen Abstand der Grenzflächen des schwachen Dielektrikums selbst kompensierend auszulegen. Dies ist erfüllt, wenn die mittlere öiektrisch wirksame Länge des Dielektrikums 3 im gestuften Übergangsteil der Bedingung 'ÄnC. /2 für den oberen Betriebsffequenzbereich entspricht. Die mechanische Länge S des durchgehenden schwachen Dielektrikums 3, d.h. des Dielektrikums mit niedriger Dielektrizitätskonstante, beträgt dabei je nach Lage der Frequenzbänder, der Übergangsdurchmesser und der Dielektrizitätskonstante £r1 etwa Sq/8 bis SQ/3, wenn Sq die Länge des Übergangs 1 ist.partly 1 in the direction of the horn 2 in whole or in part. Because of the large distance between the frequency bands and thus the waveguide wavelength ratio "A^gJ below / ^H F 1 above * it is " 1 ^IiCh to design the interference caused in the upper band by the axial distance of the boundary surfaces of the weak dielectric itself to compensate. This is fulfilled if the average electrically effective length of the dielectric 3 in the stepped transition part corresponds to the condition 'ÄnC. /2 for the upper operating frequency range. The mechanical length S of the continuous weak dielectric 3, ie the dielectric with a low dielectric constant, is approximately Sq/8 to S Q /3, depending on the position of the frequency bands, the transition diameter and the dielectric constant £ r1 , if Sq is the length of the transition 1.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Teillänge des Dielektrikums 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante S r1 durch eine dünne Scheibe 4 (Folie) mitIn the embodiment shown, a partial length of the dielectric 3 with low dielectric constant S r1 is covered by a thin disk 4 (foil) with
höherer Dielektrizitätskonstante £"r2 (£r2~2,5 bis 4,7) ersetzt. Dabei ist, wie Fig. 2 zeigt, das Dielektrikum 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante £r1 im EndberMch abgetragen, d.h. um die Länge S-S^ verkürzt, wobei S^ diehigher dielectric constant £" r2 (£ r2 ~2.5 to 4.7). As shown in Fig. 2, the dielectric 3 with low dielectric constant £ r1 is removed in the end region, ie shortened by the length SS^, where S^ is the
verbleibende Länge des Dielektrikums 3 ist. Auf den reduzierten Endbereich des Dielektrikums 3 ist die dünne Scheibe 4 des Materials hoher Dielektrizitätskonstante £ r2 (Dicke S0-S^j) aufgebracht, die wesentlich dünner ist als die abgetragene Materialschicht. Durch diese Maßnähme wird die Kompensation im unteren Band kaum verändert, wenn die ersetzte Länge mit der Dielektrizitätskonstanten £r1 elektrisch dem Einfluß der dünnen Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten £r2 entspricht, da die Phasen-Amplitudenänderung bei der großen Wellenlänge gering bleibt. Im oberen Band wirkt sich diese Änderung stärker aus, so daß verschiedene Dielektrizitätskombinationen, die im unteren Band nahezu gleich wirken, zumremaining length of the dielectric 3. The thin disc 4 of the material with a high dielectric constant £ r2 (thickness S 0 -S^j) is applied to the reduced end area of the dielectric 3, which is considerably thinner than the removed layer of material. This measure hardly changes the compensation in the lower band if the replaced length with the dielectric constant £ r1 electrically corresponds to the influence of the thin layer with the dielectric constant £ r2 , since the phase amplitude change at the long wavelength remains small. In the upper band, this change has a stronger effect, so that different dielectric combinations that have almost the same effect in the lower band can be used for
• C•C
«IC &igr;«IC &igr;
• ' I ' III•' I ' III
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Restsbgleich im oberen Band ausgelegt werden können. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten 6p2 (z.B. bei einem Horn für 2,1 bis 2,3 Gigahertz und 3,4 bis 3,6 Gigahertz eine 0,1 mm dicke Glasfaserepoxidfolie mit £r2=4,7) wirkt nun zugleich als reflexionsoptimierte Druckabdichtung. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten £ * kann auch an beiden Enden der Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten £ r1 angelegt sein.The thin layer with the dielectric constant 6 p2 (e.g. in a horn for 2.1 to 2.3 gigahertz and 3.4 to 3.6 gigahertz a 0.1 mm thick glass fiber epoxy film with £ r2 =4.7) now also acts as a reflection-optimized pressure seal. The thin layer with the dielectric constant £ * can also be applied to both ends of the layer with the dielectric constant £ r1 .
Der dielektrische Körper 3,4 wird in den Stufenübergang eingeklebt. Die Änderung des Strahlungsdiagramms gegenüber dem nicht abgeglichenen Horn ist gering und kann in der Regel vernachlässigt werden. Dies ist ein großer Vorteil bei der Dimensionierung des Rillenhorns, da z.B. Änderungen der ersten Rillen zur Verbesserung der Anpassung besonders im oberen Band starke Auswirkungen auf das Strahlendiagramm haben. Wird bei der Dinvensionierung des Horns eine axiale Rillenstruktur gewählt, so ermöglicht die Art der Kompensation Ri1lenhörner ohne Hinterschneidungen*und komplizierte Kurven zu bauen, so daß die Produktion in einem Stück als Drehteil möglich ist.The dielectric body 3,4 is glued into the step transition. The change in the radiation pattern compared to the non-adjusted horn is small and can usually be ignored. This is a great advantage when dimensioning the grooved horn, since, for example, changes to the first grooves to improve the adjustment, especially in the upper band, have a strong effect on the radiation pattern. If an axial groove structure is selected when dimensioning the horn, the type of compensation makes it possible to build grooved horns without undercuts and complicated curves, so that production in one piece as a turned part is possible.
bildeten Übergangsteil dient somit in vorteilhafter Weise |The transition part thus serves advantageously |
zum Feinabgleich des Reflexionsfaktors in zwei auseinander- \ for fine adjustment of the reflection factor in two separate \
liegenden Frequenzbändern in Rillenhörnern, die nach \ frequency bands in grooved horns, which are arranged according to \
Gesichtspunkten der Strahlungsdiagrammoptimierung entworfen \ werden. Zugleich wird damit auch das Problem der Reflexionaspects of radiation pattern optimization . At the same time, the problem of reflection
der Druckabdichtung in zwei Bändern gelöst. \ the pressure seal is separated into two bands. \
\\
4 sprüche *)hinterdrehter \ 4 sayings *)backward-turned \
2 Figuren Rillen \ 2 figure grooves \
Claims (4)
. dadurch gekennzeichnet, „ dab der öbergangsteil (1) sich nach einer BQ.e -Kurve in der Weise erweitert, daß der öffnungswinkel bei der ersten Rille des Horns 0,5 - 0,2 mal dem stetigen öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der dem Horn (2) zugekehrte Endbereich des Übergangsteils (1) auf einer Länge von Sq/8 bis Sq/3 (SQ=Länge des Übergangsteils) mit einem(\ 1. Horn antenna, consisting of a transition part connected to a feed waveguide of circular cross-section and a horn, the funnel-shaped widening inner wall of which is provided with grooves, for two separate frequency bands,
. characterized in that the transition part (1) widens according to a B Q .e curve in such a way that the opening angle at the first groove of the horn corresponds to 0.5 - 0.2 times the continuous opening angle of the horn and that the end region of the transition part (1) facing the horn (2) is provided with a length of Sq/8 to Sq/3 (S Q = length of the transition part)
dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillänge des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe (4) eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (£^^2,5 bis 4,7). zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.2. Arrangement according to claim 1,
characterized in that a partial length of the dielectric (3) of low dielectric constant is replaced by at least one thin disk (4) of a material of higher dielectric constant (£^^2.5 to 4.7) to fulfill the function of a reflection-optimized pressure seal.
B 0-e in Stufen mit konstanten kleinen Durchmessersprüngen aufgeteilt ist.Kx n
B 0 - e is divided into steps with constant small diameter jumps.
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