DE972294C

DE972294C - Antenna arrangement

Info

Publication number: DE972294C
Application number: DEI6092A
Authority: DE
Inventors: Bent Bulow Jacobson; David Lane Thomas
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1951-07-09
Filing date: 1952-07-05
Publication date: 1959-07-02
Also published as: CH310995A; BE512707A; US2785398A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Antennenanordnung, die im wesentlichen aus einem Hohlspiegel besteht und aus einer mit diesem Hohlspiegel zusammenwirkenden Antenne im Brennpunkt oder in der Nähe des Brennpunktes dieses Spiegels. Bei derartigen Systemen ist es oft konstruktiv bedingt, daß sie Teile mit Reflexionsflächen aufweisen, die vor der Öffnung des Spiegels liegen und einen Anteil der Strahlungsenergie, der sonst von dem Spiegel in den Raum ausgestrahlt würde, zum Spiegel zurückreflektieren.The invention relates to an antenna arrangement which essentially consists of a concave mirror consists and of an antenna cooperating with this concave mirror at the focal point or near the focal point of this mirror. In such systems it is often constructive requires that they have parts with reflective surfaces that are in front of the opening of the mirror and a portion of the radiant energy that would otherwise be radiated into the room by the mirror, reflect back to the mirror.

Eine derartige Reflexion beeinflußt die Impedanzanpassung der Antenne und vergrößert die Schwierigkeiten der Verhinderung von stehenden Wellen, die mit der Frequenz veränderlich sind, im Antennenleiter. Dieser Effekt ist insbesondere bei Antennenanordnungen für Weitbandsysteme von Bedeutung, z. B. bei Fernseh- oder Vielkanalsystemen. Such a reflection affects the impedance matching of the antenna and increases the Difficulty preventing standing waves, which vary with frequency, im Antenna conductor. This effect is particularly evident in antenna arrangements for wide-band systems Meaning, e.g. B. in television or multi-channel systems.

Es ist bereits bekannt, die störende Reflexionsstrahlung in der Weise zu unterdrücken, daß die von einer Platte aus dielektrischem Material, welche sich im direkten Strahlungsfeld der Antenne befindet, zurückgestrahlte Energie in entgegengesetzter Phase zur Spiegelreflexion auftritt. Eine solche Kompensation ist für ein breites zu übertragendes Frequenzband jedoch nicht ausreichend. It is already known to suppress the disturbing reflection radiation in such a way that the from a plate made of dielectric material, which is in the direct radiation field of the antenna reflected energy occurs in the opposite phase to the mirror reflection. However, such compensation is not sufficient for a broad frequency band to be transmitted.

Es sind auch zur Verhinderung von auf die Energieabstrahlung schädlichen Reflexionen dieThey are also used to prevent reflections detrimental to energy radiation

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reflektierenden Teile, ζ. B. die Wellenleiter, mit senkrecht auf diesen angebrachten metallischen, einander parallelen Wänden versehen worden, die mit wellenabsorbierendem Material verkleidet worden sind. Diese Maßnahmen sind aber sehr aufwendig und obendrein nicht genügend breitbandig.reflective parts, ζ. B. the waveguide, with perpendicular to these attached metallic, each other parallel walls that have been clad with wave-absorbing material are. However, these measures are very complex and, on top of that, not sufficiently broadband.

Es ist auch eine breitbandige Antennenanordnung mit einem Reflektorspiegel und den üblichen Wellenleitern bekannt, bei der der Reflektorspiegel ίο selbst aus zwei Teilen aufgebaut ist, die in axialer Richtung etwa um ein Viertel der mittleren Betriebswellenlänge versetzt sind, so daß die von den vor der Spiegelöffnung angebrachten Bauteilen in die beiden Spiegelteile reflektierten Energieanteile nach der Wiederausstrahlung schließlich einen Gangunterschied einer halben Wellenlänge aufweisen und sich in ihrer Wirkung aufheben.There is also a broadband antenna arrangement with a reflector mirror and the usual ones Waveguides known, in which the reflector mirror ίο itself is composed of two parts, which are in the axial Direction are offset by about a quarter of the mean operating wavelength, so that of the Components attached in front of the mirror opening reflected energy components in the two mirror parts after the re-emission finally show a path difference of half a wavelength and cancel each other out in their effect.

Die Konstruktion eines derartigen Spiegels ist jedoch schwierig und mit hohen Kosten verbunden.However, the construction of such a mirror is difficult and expensive tied together.

Bei der Antennenanordnung für Mikrowellen, die aus einem Hohlspiegel und einem im Brennpunkt des Spiegels oder in seiner Nähe liegenden, mit dem Hohlspiegel zusammenwirkenden Strahler besteht und die ein vor der Spiegelöffnung angebrachtes, für die Funktion notwendiges, aber das Strahlungsfeld des Spiegels störendes Bauteil (z. B. einen Wellenleiter) enthält, erfolgt erfindungsgemäß die Kompensation der störenden Reflexion mittels eines reflektierenden blinden Bauteiles, vorzugsweise in Form einer Verlängerung des Wellenleiters, und der blinde Bauteil ist derart angeordnet, daß die reflektierenden Oberflächen des störenden und des blinden Bauteiles in zwei zur öffnung des Spiegels parallelen Ebenen liegen, die voneinander einen Abstand eines Viertels der Arbeitswellenlänge haben.In the case of the antenna arrangement for microwaves, which consists of a concave mirror and one in the focal point the mirror or in its vicinity, cooperating with the concave mirror radiator and the one in front of the mirror opening, which is necessary for the function, but the radiation field the mirror contains interfering component (z. B. a waveguide) is carried out according to the invention the compensation of the interfering reflection by means of a reflective blind component, preferably in the form of an extension of the waveguide, and the blind component is arranged in such a way that the reflective surfaces of the interfering and the blind component in two to the opening of the Mirror parallel planes lie from each other at a distance of a quarter of the working wavelength to have.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Wellenleiter selbst so ausgebildet, daß ein Teil seiner Oberfläche . in einer um ein Viertel der Arbeitswellenlänge versetzten parallelen Ebene liegt.In a further embodiment of the invention, the waveguide itself is designed so that a part its surface. in a parallel plane offset by a quarter of the working wavelength lies.

Um die Reflexionen von vornherein klein bzw. diffus zu halten, kann der Wellenleiter zusätzlich mit wellenabsorbierendem Material bekleidet sein bzw. eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.In order to keep the reflections small or diffuse from the outset, the waveguide can also be clad with wave-absorbing material or have a curved surface.

Durch diese Maßnahmen wird eine ausreichende Breitbandigkeit erzielt.Sufficient broadband is achieved through these measures.

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert.An example embodiment of the invention is explained in more detail with reference to figures.

Fig. ι A dient der Erklärung des unerwünschten Reflexionsphänomens in einer Antennenanordnung, die nicht entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, während inFig. A serves to explain the undesirable reflection phenomenon in an antenna arrangement, which is not designed in accordance with the present invention, while in

Fig. ι B demgegenüber eine beispielsweise Ausführung der Erfindung dargestellt ist.Fig. Ι B on the other hand, an example embodiment of the invention is shown.

Zur Bezeichnung entsprechender Teile sind in diesen beiden Figuren gleiche Bezifferungen verwendet. Es sind jeweils lediglich die Teile der Antennenanordnung dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind.The same numbers are used in these two figures to denote corresponding parts. In each case, only those parts of the antenna arrangement are shown that are necessary for understanding of the invention are essential.

Eine bestimmte Antennenanordnung, von der festgestellt wurde, daß der beschriebene nachteilige Rückreflexionseffekt erheblich ist, ist in Fig. iA der Zeichnungen dargestellt. Sie besteht aus einem Parabolspiegel 1 mit einer damit zusammenwirkenden Antenne in seinem Brennpunkt. Die Antenne hat die Form eines Horns 2, das über eine Energieübertragungseinrichtung (nicht dargestellt) beispielsweise an einen Sender oder an einem Empfänger mit Hilfe eines Knickteiles 3 angekoppelt ist, das von einem linearen Wellenleiter 4 mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet wird. Dieser Wellenleiter liegt radial vor der öffnung des Spiegels, so daß ein Rand des Wellenleiters parallel zu der öffnung des Spiegels, aber in geringem Abstand davon liegt. Bei dieser Anordnung trifft die von dem Spiegel parallel zur Mittelachse ausgestrahlte Energie normalerweise auf den Rand 5 des linearen Wellenleiters auf und wird von diesem auf die Spiegelfläche und sodann zur Hornantenne zurückreflektiert, beispielsweise entlang der dargestellten Wege.a und b. Da der Gesamtreflexionsweg von jedem Punkt auf der reflektierenden Wellenleiterfläche zur Hornantenne über die Spiegelfläche etwa konstant ist, sind die Beiträge von verschiedenen Punkten entlang der Länge des Wellenleiters angenähert gleichphasig. Die Gesamtreflexion ist von beachtlicher Amplitude.A particular antenna arrangement which has been found to have the described adverse back reflection effect is shown in Fig. IA of the drawings. It consists of a parabolic mirror 1 with a cooperating antenna at its focal point. The antenna has the shape of a horn 2, which is coupled via an energy transmission device (not shown), for example to a transmitter or to a receiver with the aid of a bent part 3 which is formed by a linear waveguide 4 with a rectangular cross section. This waveguide lies radially in front of the opening of the mirror, so that an edge of the waveguide lies parallel to the opening of the mirror, but at a small distance therefrom. With this arrangement, the energy emitted by the mirror parallel to the central axis normally hits the edge 5 of the linear waveguide and is reflected back by this onto the mirror surface and then back to the horn antenna, for example along the paths a and b shown. Since the total reflection path from each point on the reflective waveguide surface to the horn antenna is approximately constant across the mirror surface, the contributions from different points along the length of the waveguide are approximately in phase. The total reflection is of considerable amplitude.

Ein Mittel zur Reduzierung der Reflexion besteht darin, daß eine zusätzliche Reflexionsfläche vorgesehen wird, die eine Reflexion liefert, die der vorgenannten in der Amplitude gleich, in der Phase dagegen entgegengesetzt ist. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung kann das durch Hinzufügung eines Hilfsreflexionsteiles erfolgen durch Ausdehnung des Wellenleiters linear über seine Verbindung mit dem Knickteil hinaus, so daß die öffnung des Spiegels mit Hilfe eines Blindteiles des Wellenleiters vollkommen überdeckt wird, wie in Fig. ι B mit 6 dargestellt. Der Blindteil besitzt auf der Seite des Spiegels eine flache Reflexionsfläche 7 von den gleichen Dimensionen wie der Wellenleiter. Jedoch ist diese Fläche um einen Betrag näher an dem Spiegel, der dem Viertel der mittleren Arbeitswellenlänge entspricht. Diese Verlagerung kann man durch Auflegen eines leitenden Streifens 8 auf den Rand des blinden Teiles des Wellenleiters in geeigneter Weise erhalten. Dieser Streifen hat die gleiche Breite wie. der Wellenleiterrand und ist eine Viertelwellenlänge stark. Da die Reflexionsfläche des wirksamen Wellenleiters und der Abstandsstreifen gleich symmetrisch gegenüber der Hornantenne angeordnet sind, kann eine wirksame Unterdrückung der rückreflektierten Energie erzielt werden. Der Blindteil des Wellenleiters kann auch in mechanischer Hinsicht dadurch von Wichtigkeit sein, weil er als ein Teil für die Verbesserung der Festigkeit der Horn- und Spiegelanordnung verwendet werden kann.One means of reducing reflection is to have an additional reflective surface is provided which provides a reflection equal to the aforementioned in amplitude, in phase on the other hand is opposite. According to a feature of the invention, this can be done by adding of an auxiliary reflection part take place by extending the waveguide linearly over its Connection with the bent part so that the opening of the mirror with the help of a dummy part of the waveguide is completely covered, as shown in Fig. ι B with 6. The blind part owns on the side of the mirror a flat reflecting surface 7 of the same dimensions as that Waveguide. However, this area is closer to the mirror by an amount that is quarter of the corresponds to the mean working wavelength. This shift can be achieved by putting on a senior Strip 8 on the edge of the blind part of the waveguide in a suitable manner. This Strip is the same width as. the waveguide edge and is a quarter wavelength thick. Since the The reflective surface of the effective waveguide and the spacer strips are symmetrically opposite The horn antenna can be an effective suppression of the back-reflected energy be achieved. The dummy part of the waveguide can also be mechanically affected by Its importance because it acts as a part of improving the strength of the horn and mirror assembly can be used.

Das gleiche Prinzip kann auch in anderer Weise Anwendung finden. Beispielsweise kann der Blindwellenleiter entbehrlich werden, und ein Teil des wirkenden Wellenleiters mit einem Streifen von 2/4 Dicke abgedeckt sein, so daß eine gegenseitige Aufhebung der Reflexion von dem Streifen einer-The same principle can also be used in other ways. For example, the blind waveguide become dispensable, and part of the operating waveguide with a strip of 2/4 thickness to be covered so that a mutual Cancellation of the reflection from the strip of a-

seits und von dem unbedeckten Teil des Wellenleiters andererseits erfolgt. Weiterhin ist es nicht notwendig, daß die Dicke des Streifens einer Viertelwellenlänge entspricht. Es kann in gleicher Weise ein dünner Streifen verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Befestigungsmittel so beschaffen sind, daß der richtige Abstand von der Reflexionsfläche bzw. von ihrer Ebene erzielt wird. Bei Verwendung von dünnen Streifen können dietakes place on the one hand and on the other hand from the uncovered part of the waveguide. Furthermore it is not necessary that the thickness of the strip corresponds to a quarter wavelength. It can be in the same Way a thin strip can be used, provided that the fasteners are of such type are that the correct distance from the reflective surface or from its plane is achieved. When using thin strips, the

ίο Befestigungsmittel abstimmbar sein. Der Streifen braucht auch nicht die gleiche Breite aufzuweisen wie der Wellenleiterrand, so lange wie die Fläche des Streifens so bemessen ist, daß die Gesamtreflexion von diesem die bleibende Reflexion ausgleicht. Weiterhin kann der Streifen in zwei wirksame Hälften geteilt werden, die eine Viertelwellenlänge vor bzw. hinter der Ebene der störenden Fläche liegen. Eine derartige Anordnung bewirkt eine Kompensation über ein sehr breites Band.ίο fasteners can be matched. The stripe also does not need to have the same width as the waveguide edge, as long as the surface of the strip is dimensioned so that the total reflection from it compensates for the permanent reflection. Furthermore, the strip can be divided into two effective halves that are a quarter wavelength lie in front of or behind the plane of the interfering surface. Such an arrangement causes a compensation over a very wide band.

Zur Beseitigung des unerwünschten Effektes kann an Stelle der Verwendung des Prinzips der Reflexionsunterdrückung eine derartige Konstruktion erfolgen, daß die Gesamtreflexion von einer abdeckenden Fläche von vornherein klein ist. Beispielsweise kann die abdeckende Fläche mit einer Lage aus einem Material mit Flächenwiderstand bedeckt werden, so daß die auftretende hochfrequente Energie nicht reflektiert, sondern absorbiert wird. Andererseits kann die Fläche so geformt sein, daß die Komponenten der Reflexion von verschiedenen Punkten sich nicht gleichphasig, sondern willkürlich addieren, beispielsweise durch Verwendung einer gewölbten Fläche an Stelle einer ebenen für den äußeren Rand des Wellenleiters oder durch Drehung der Achse des Wellenleiters in einer Ebene durch die Erzeugende des Paraboloids.To eliminate the undesired effect, instead of using the principle of Reflection suppression such a construction that the total reflection from one covering area is small from the start. For example, the covering surface with a Layer can be covered from a material with sheet resistance, so that the high frequency occurring Energy is not reflected, but absorbed. On the other hand, the surface can be shaped like this be that the components of the reflection from different points are not in phase, but add arbitrarily, for example by using a curved surface instead of a planes for the outer edge of the waveguide or by rotating the axis of the waveguide in a plane through the generating line of the paraboloid.

Neben den hier beispielsweise genannten gibt esIn addition to the examples mentioned here, there are

noch zahlreiche andere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.numerous other uses of the invention.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:

ι. Antenna arrangement for microwaves, consisting of a concave mirror and a focal point of the mirror or in its vicinity, interacting with the concave mirror There is a spotlight, and which is attached in front of the mirror opening, necessary for the function, but the radiation field of the mirror contains an interfering component (e.g. a waveguide), characterized by the compensation of the disruptive reflection by means of a reflective blind component, preferably in the form of an extension of the waveguide, the is arranged such that the reflective surfaces of the interfering and the blind component lie in two planes parallel to the opening of the mirror and one from the other A quarter of the working wavelength apart.

2. Antenna arrangement according to claim i, characterized in that part of the surface of the interfering component, namely the waveguide itself, in a quarter of the Working wavelength offset parallel plane lies.

3. Antenna arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the reflections are kept small or diffuse from the outset by cladding the reflective components with wave-absorbing material or by curving their surfaces.

Considered publications:
French Patent No. 802 728;
Swiss Patent No. 183 565;
British Patent No. 603,676;
Silver, Microwaves Antenna And Design, pp. 456, 478, 442, 443.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings