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Trichter- oder Hornstrahleranordnung für kurze und sehr kurze elektromagnetische
Wellen Es sind Trichter- oder Hornstrahler bekannt, deren Außenwandungen so verlaufen,
daß ihre Querschnittslinien einer e-Funktion folgen. Die Form der Trichter wurde
unter Vernachlässigung des wirklichen Verlaufs der Feldstärken im Innern des Trichters
bestimmt; die Vernachlässigung suchte man durch größere Längenabmessungen der Trichter
auszugleichen, so daß die Baulängen von derartigen Leitungen sehr groß wurden. Solche
Trichter weisen frequenzabhängige Störungen auf, die jeweils für bestimmte Frequenzbereiche
besonders kompensiert werden müssen.
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Bei der Trichter- oder Hornstrahleranordnung für kurze und sehr kurze
elektromagnetische Wellen gemäß der Erfindung ist die lichte Weite nach den Beziehungen
gewählt und die ungefähre Länge l des Trichters durch bestimmt; hierin bedeuten
2a, den gegebenenDurchgerechnet vom S cheitel der Trichterfläche ab, messer des
Trichterhalses an der Speisestelle, 2y die von z abhängige lichte Weite, ß das wählbare
Übersetzungsmaß, 1o die Besselsche Funktion 0-ter Ordnung und N, die Neumannsche
Funktion 0-ter Ordnung.
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Rein theoretisch würde der von z abhängige Radius r erst bei sehr
großem z in a. übergehen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Radius y sich bereits
in der Nähe der Stelle 2ßz _< 7 so weit an den Wert für a, angenähert
hat, daß man a, und y schon an dieser Stelle gleichsetzen kann. Die tatsächliche
Länge l des Trichters ist dann etwa
Die Zahl 1,7 ist dabei nur als grober Näherungswert zu betrachten, der jedoch für
-die Praxis hinreichend genau ist.
Die Anordnung nach der Erfindung
unterscheidet sich von der bekannten Exponentiaileitung, bei der die Leitungskapazität
proportional e11 und die Leitungsinduktivität proportional e- verläuft, bereits
äußerlich durch eine kürzere Baulänge. Um nämlich bei den bekannten Transformationsanordnungen
noch gute Übertragungseigenschaften erzielen zu -können, hat man diese Anordnungen
verhältnismäßig lang ausgebildet und kam so zu Einrichtungen mit großem Schlankheitsgrad.
Die Anordnung nach der Erfindung dagegen besitzt gegenüber den bekannten Trichterstrahlern
eine kurze Baulänge, die darauf beruht, daß die Erweiterung des Trichters wesentlich
rascher vorsich geht als bei den bisher bekannten Trichterformen; z. B. bei einem
sogenannten Exponentialtrichter. Bei der Ausbildung der Trichterflächen nach den
angegebenen $eziehungen bilden die Begrenzungsflächen bereits nach kurzer Baulänge
einen Scheitel, an dem die Wände senkrecht zur Achse des Trichters stehen; ein derartiger
Verlauf der Trichterwände begünstigt die Wellenablösung und die Anpassung von Trichtern
an den freien Raum. _ Es kann sehr vorteilhaft sein, die die Leiterfläche Erzeugende
über den Scheitelpunkt hinaus zu verlängern, derart, daß sie wenigstens einen Teil
nach rückwärts verläuft. Ein solcher Trichter ermöglicht eine angenähert störungsfreie
Ablösung elektromagnetischer Wellen aus der Trichteröffnung. Es ist jedoch auch
bereits sehr vorteilhaft, die Trichterflächen von ihrem Scheitel ab in eine ebene,
zur Wellenausbreitungsrichtung senkrecht stehende leitende Fläche übergehen zu lassen.
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Die Anordnung nach der Erfindung stellt die günstigste Annäherung
an eine Leitung mit einem exponentiellen Übersetzungsmaß
dar, ermöglicht also die günstigste Anpassung des Leitungswellenwiderstandes an
den Wellenwiderstand des freien Raumes und die ungestörte Ausbildung von elektromagnetischen
Wellen.
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Die Anordnung nach der Erfindung wird in vorteilhafter Weise mit einem
axial. zum Trichter verlaufenden Längsstrahler, insbesondere Stielstrahler, zusammengebaut.
Der Hornstrahler kann auch an eine koaxiale Leitung angebaut werden, derart, daß
der Innenleiter so weit in den Hornstrahler ragt, daß er als Anregungssystem dienen
kann. Eine vorteilhafte Ausbildung eines an einen koaxialen Leiter angebauten Trichters
besteht darin, daß zur Ermittlung der Trichterform die Variable y an der Stelle
man ab derjenigen Stelle, ab der 2y gleich oder kleiner als der Innenleiterdurchmesser
ist, in das auf Grund der Beziehung ermittelte Innenleiterstück übergehen. Der Innenleiter
wird so in ein spitz zulaufendes Ende übergeführt.
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Die Anordnung nach der Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Trichterstrahler 1 mit kreisrundem Querschnitt.
Die Wand r verläuft bis zum Scheitel der Trichterwand, so daß an dieser Stelle die
Endfläche der Trichterwand in eine zur Strahlrichtung senkrecht stehende Fläche
ausläuft. Bei einer solchen Ausbildung kann sich die von dem dielektrischen Stielstrahler
2 angeregte elektromagnetische Welle günstig von der Strahleranordnung ablösen.
Besondere Übergangsmittel zwischen der Speiseleitung 3 und dem Trichterstrahler
1 sind nicht erforderlich.
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Im folgenden wird die praktische Anwendung des Erfindungsgedankens
an Hand des in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Bei der
Anordnung ist der Radius a. durch- den Radius der runden Hohlleitung 3 gegeben.
Das Übersetzungsmaß ß kann der Einfachheit halber durch eine Nullstelle von J, oder
N, bestimmt werden, z. B. aus der Bedingung 2ßao = 2,41 (erste Nullstelle der Besselschen
Funktion). Der Verlauf der Trichterwand ergibt sich dann aus der vereinfachten Beziehufig
1 = [- NO (2ßao) ' Jo (2ßy)@ ' e211 Man kann jedoch für ß
jeden Wert zwischen ö .und - wählen. Durch günstige Wahl des Wertes ß kann
man
die Hornstrahleranordnung den gegebenen Verhältnissen in weiten Grenzen anpassen.
An der Übergangsstelle zwischen Hohlleiter und Trichterstrahler soll y in den Hohlleiter
mit dem Radius ao übergehen. Diese Übergangsbedingung ergibt, wenn man z angenähert
wählt, einen weiteren Anhaltspunkt für die wählbare Größe ß bzw. für die gegebene
oder wählbare Länge l des Trichters.
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In Fig. 2 ist ein Trichterstrahler q. kreisförmigen Querschnitts gezeigt,
bei dem die Trichterwände über den Scheitel s der Erzeugenden der Trichterfläche
hinaus verlaufen. Die Trichterfläche ist in ihrem weiteren Verlauf nach rückwärts
fortgesetzt. Die konkaven Stellen auf der Rückseite der Trichterwand können z. B.
nach aerodynamischen Gesichtspunkten verkleidet werden.
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Fig. 3 zeigt ein Übergangsglied von einer Speiseleitung 6 auf eine
Stabantenne 7. Die Stabantenne wird durch den verlängerten Innenleiter der ankommenden
Speiseleitung gebildet. Der Außenleiter der koaxialen Leitung 6 ist zu einem Trichter
8 ausgebildet und transformiert so den Leitungswellenwiderstand auf den Strahlungswiderstand
der Antenne. Eine ähnliche Ausführungsform ist in Fig. q. dargestellt: Der Übergang
zwischen Speiseleitung 6 und der Stabantenne 7 erfolgt in Verbindung mit einem Hornstrahler
g, dessen Wände jedoch über den Scheitel g hinaus nach rückwärts, entsprechend der
Bemessungsregel, verlaufen. Auch die rückwärts verlaufenden Wände kann man schließlich
wieder in eine zur Stab-
gleich dem Radius a, des Außenleiters der koaxialen Leitung gesetzt wird; das von
z abhängige y ergibt die Trichterform; die Form des Innenleiters kann durch die
Beziehung [J, (2N ao) ' No (2ßy) - No (1ß ao) ' To (2ßy)]
- e211= - c
ermittelt werden, wenn man nur y < ao zuläßt; das von
z abhängige y ergibt dann die Innenleiterform. c ist- eine wähl- oder bestimmbare
Konstante, z. B. c = i. Den Innenleiter der koaxialen Leitung läßt
antenne
7 senkrecht verlaufende Fläche übergehend ausbilden.
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Fig. 5 stellt die Verwendung einer Anordnung nach der Erfindung in
Kombination mit einem Parabolstrahler io dar. Bei einer solchen Anordnung machen
sich die vorteilhaften Eigenschaften der Strahleranordnung nach der Erfindung besonders
günstig bemerkbar. Auf Grund der gleichmäßigen Energieverteilung und der kugelförmigen
elektromagnetischen Welle an der Austrittsöffnung der Strahleranordnung findet eine
besonders gute Ausleuchtung des Parabolspiegels io statt. Auch hier machen sich
die günstig wählbaren Werte der Anordnung nach der Erfindung besonders günstig geltend,
da sowohl die Längs- als auch die Querabmessungen der Strahleranordnung nach der
Erfindung verhältnismäßig klein gehalten werden können.
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Die Anordnung nach der Erfindung ist mit Vorteil auch als Anordnung
zur Anregung von sich längs Oberflächenwellenleitungen oder dielektrischen Leitungen
fortpflanzenden elektromagnetischen Wellen geeignet. Eine derartige Anordnung ist
in Fig.6 dargestellt. Während die der Wellenführungsanordnung ii zugekehrte Trichterfläche
12 und ein Teil der an den Scheitel 13 anschließenden, nach rückwärts verlaufenden
Flächen nach der Erfindung ausgebildet sind, können die rückwärtigen Flächen 1q.
der Anregungsanordnung nach praktischen Gesichtspunkten ausgebildet werden, z. B.
so, daß ein niedriger Luftwiderstand erzielt wird.