DE8804088U1 - Breitbandiger kompakter Hornstrahler - Google Patents

Description

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Breitbandiger kompakter Hornstrahler

Die Neuerung betrifft einen breitbandigen kompakten Hornstrahler gemäß dem Oberbegriff.

Derartige Hornstrahler werden vor allem als Speisesysteme bei Reflektorantennen verwendet, bei denen es darauf ankommt, 1n der E- jnd In der &EEgr;-Ebene möglichst gleichförmige Strahlungsdiagramm zu erzielen.

So sind aus der Literatur (Dr. A. Kumar: Reduce crosspolarisation in reflector-type antennas, Microwaves, März 1978, S. 48-51) bereits zwei Grundtypen solcher Hornstrahler bekannt: einmal der Hohlleiterstrahler nit einem die Hohlleiterapertur umgebenden Sperrtopf und zum anderen der Kohl leiterstrahl er mit einem gegenüber der Hohlleiterapertur axial in der Öffnungsrichtung verlegten äußeren Sperrtopfrand.

In der DE-OS 34 42 387 sind mehrere Ausführungsbeispiele von trichterförmigen Hornstrahlern angegeben, die eine oder mehrere axiale ringförmigen Kanäle mit einer Tiefe von etwa einem Viertel der Hellenlänge der Betriebsfrequenz aufweisen.

In beiden Schriften werden zwar die besonders guten Eigenschaften derartiger Hornstrahler bezüglich der Strahlungsdiagramme und der Kreuzpolarisation angegeben, es fehlen jedoch gänzlich Maßgaben dafür, wie diese Eigenschaften reproduzierbar erzeugt werden können. Außerdem haben Hornstrahler mit mehreren koaxialen Rillen und solche mit mehreren koaxial en Sperrtöpfen einen zu großen Platzbedarf, als daß sie 1n Arrays verwendet werden könnten. Neiterhin wird die Charakteristik Jede* einzelnen Hornstrahler bei einer engen Anordnung 1n einem Array durch die Degradation aufgrund des "mutual coupling' beeinflußt, da sich die Modenkonversion stärker noch In die nähere Umgebung des Frei räume* erstreckt.

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Der Neuerung Hegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen kompakten und deshalb für Multi feed-Arrays besonders geeigneten Hornstrahler der eingangs genannten Art weiterzubilden, der sich über ein breites Frequenzband durch einen hohen F1ächenw1rkungsgrad und eine niedrige Kreuzpolar1sat1onsontkopp1ung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die Im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung 1st 1 &eegr; der Zeichnung dargestellt und wird 1m folgenden näher beschrieben. Es zeigt die einzige Figur einen schematisch vereinfachten Längsschn'tt durch einen Hornstrahler.

Der Hornstrahler H wird 1m Sendefall von einem Rutidhohl leiter HL gespeist, der einen Innendurchmesser d„ aufweist, 1n dem der H,,-Hellentyp 1m Betriebsfrequenzbereich ausbreitungsfähig 1st. Der Rundhohl leiter HL geht direkt 1n den sich mit dem Hinkei &THgr;/2 konisch erweiternden Hornstrahler H über. Der konische Tell K erweitert sich bis zum Erreichen des Innendurchmessers d der axialen Rille R. Dieser Innendurchmesser d 1st 1m Bereich

d_A - 0,6 · tan(e/2) · X_n £ d_c * d_A - 0,4 · tan(9/2) · X_n

mit &lgr; - Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereiches wählbar. Die Tiefe 1 der Rille R Hegt vorzugsweise 1m Bereich

0.23 · X^ 3 1_C U 0,27 - X_n.

Der Außendurchmesser der Rille R ist gleich dem Aperturdurchmesser d_ft des Hornstrahlers H. Er 1st wählbar im Bereich

i.i &Lgr; = ^&agr;&Agr; = ²·°·&ngr;

Die Länge U des sich bis zur Hornapertur erstreckenden zylindrischen

• · ·>*■· 1**4

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Tells Z der Außenwand des Horns H 1st aus dem Bereich

0,4 . <d_A - d_c) / tan(e/2) &iacgr; 1_Z § 0,6 · (d_A - d_c> / tan(e/2)

wählbar.

Die Hahl des öffnungswinkels &thgr; des konischen Tells K des Horns H hängt von den speziellen Anforderungen an den Hornstrahler und der maximal zulässigen Baulänge des Hornstrahlers ab. Mit wachsendem öffnungswinkel &thgr; verkürzt sich die Hornlänge 1_H. Somit wird bezüglich der Baulänge und des Durchmessers ein sehr günstig konzipierter Hornstrahler gewonnen.

Die kreuzpolara Strahlungskomponente wird 1m Bereich der Hauptstrahlrichtung Insbesondere durch die phasen- und amp11tudenr1cht1ge Überlagerung der 1m Hornstrahler generierten Hellentypen (H₁₁, H₁₂, E₁₁) erreicht. Die höheren Wellentypen E₁₁ und H₁₂ werden 1n bekannter Art mittels einer konzentrischen Rille R erzeugt, die 1n der sich konisch erweiternden Innenwand des Hornstrahlers H eingelassen 1st. Die Tiefe dieser Rille entspricht etwa einem Viertel der mittleren Wellenlänge des koaxialen H₁₁-Hellentyps. Somit überlagern sich 1m Bereich der Einkoppeistelle der Rille R der über den Rundhohl leiter HL eingespeiste H₁j-Hellentyp und der 1n der Rille R erregte koaxiale H₁₁-Hellentyp gegenphasig. Bei eigens gewähltem Anregungskoeffizienten, der 1m wesentlichen durch das Verhältnis von Außen- zum Innendurchmesser der Rille R bestimmt wird, werden aufgrund der Stetigkeit von Feldübergängen bei sehr geringer Reflexion 1n der Speisezone 1m konischen Bereich des Hornstrahlers fast auschHeßiich die H₁₁- , E₁₁- und H₁₂-Wellentypen angeregt und zum gewünschten "Quasi-HybfId-HeI1entyp" uberlagert.

Höhere Hellentypen werden nur In vernachlässigbar geringer Intensität angeregt, so daß 1m Gegensatz zu Hornstrahlern mit Sperrtöpfen eine effiziente Energieverteilung über den Aperturquerschnitt und damit ein höherer Flächenwirkungsgrad erreicht wird. BIe Entstehung von Kellen-

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typ-ö1spersIonen wird dadurch vermieden, daS sich die Erregerzone 1n einem Im Vergleich zur Hellenlänge kleinen Abstand von der HornstrahlerApertur befindet.

Bei einem Labormuster, dessen Länge 1&ldquor; - 0.55X und dessin Aperturdurchmesser d_A > 1,7 &lgr; betragen, wurden Innerhalb des relativen fiindbreitsfibsre1ch.es von 12 % eine Kreu2pQi*r1?»t1on?entk.opp1ung von kleiner -30 dB bei einem Flächenwirkungsgrad größer 76 % und einem VSWR kleiner 1,1 gemessen.

Der besondere Vorteil eines derartigen Hornstrahler 1st neben der niedrigen Kreuzpolar1sat1onsentkopp1ung besonders 1m hohen Flächenwirkungsgrad zu sehen, der gerade bei der Anwendung des Hornstrahlers 1n einer Arrayanordnung von entscheidender Bedeutung 1st.

Claims (1)

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   Breitbandiger kompakter Hornstrahler Schutzanspruch

   Breitbandiger kompakter Hornstrahler mit kreisförmiger Apertur, welcher eine axial verlaufende Rille Im Bereich der sich konisch erweiternden Innenwand des Hornstrahiers aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale

   a) der Hornstrahler (H) weist einen öffnungswinkel (&THgr;) 1m Bereich von

   32° · U^X_1n &eacgr; &thgr; S 48* · d_A/X_|n auf;

   b> der Aperturdurchmesser (d_A> 1st 1m Bereich von 1,1 .^id_Ai2.0.V,

   wählbar, wobei \ die Frei raumwell en!änge bei der Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereiches bezeichnet;

   c) der Innendurchmesser (d_£) der R111e (R) 1st wählbar 1m Bereich d_A - 0,6 · tan(9/2) . \ 3 d_c &eacgr; d_A - 0,4 · tan (&THgr;/2) · x_m;

   d) die Länge (I₂) des aperturseit1g überstehenden äußeren Randes (Z) der Rille (R) 1st wählbar 1m Bereich

   0,4 * (d_A - d_c) / tan(0/2) S I₂ S 0,6 <d_A - d_c)/tan(0/2).