EP0023933B1 - Antennenanordnung zur Abstrahlung zirkular oder linear polarisierter Mikrowellen - Google Patents
Antennenanordnung zur Abstrahlung zirkular oder linear polarisierter Mikrowellen Download PDFInfo
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- EP0023933B1 EP0023933B1 EP19790102937 EP79102937A EP0023933B1 EP 0023933 B1 EP0023933 B1 EP 0023933B1 EP 19790102937 EP19790102937 EP 19790102937 EP 79102937 A EP79102937 A EP 79102937A EP 0023933 B1 EP0023933 B1 EP 0023933B1
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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
- H01Q13/0208—Corrugated horns
- H01Q13/0225—Corrugated horns of non-circular cross-section
Definitions
- the invention relates to an antenna arrangement for radiating circularly or linearly polarized microwaves, consisting of a horn, the inside of which is grooved and whose cross-sections in the longitudinal direction are geometrically similar, a connecting waveguide, the inside cross-section of which has a different axis ratio and / or a different outline shape than the cross-sections of the horn, and a transition piece for easy conversion of the wave propagation mode in the connecting waveguide into the desired mode in the horn.
- Such antenna arrangements are known in practice for generating symmetrical radiation patterns in the far field. If the inside of the horn is grooved, a radiation diagram results which is circularly polarized in the far field. Since the cross polarization is zero or approximately zero, this antenna arrangement can also be used with double frequency utilization.
- the connecting waveguide has an internal cross section with a different outline shape and / or a different axis ratio than the horn, problems arise which result in parasitic modes or higher modes with undesired cross-polarization and / or mismatch in the horn. This usually arises when an asymmetrical radiation diagram in the far field is required.
- the transition from a round waveguide, which is gradually flattened on two sides, to achieve an ellipse, which then merges into an elliptical horn also causes cross polarization, which strongly disturbs the desired polarization in the far field.
- the transition between a connecting waveguide and a horn with mutually the same outline shapes, but different axis ratio will bring about a conversion in which, next to the desired mode in the horn, parasitic modes arise. This results e.g. in the case of elliptical outline shapes whose ellipticity is different, or in the case of rectangular outline shapes with different axis ratios.
- An antenna arrangement of the type mentioned is known from DE-QS 25 05 375.
- a square feed waveguide is connected to a conical horn radiator with a circular cross section by a waveguide transition which changes from a square to a circular cross section.
- An initially square initial section is continuously expanded in a transition zone while maintaining the diagonal to a circular cross-section, the diameter of which is equal to the diagonal of the square.
- After the transition zone there follows a round waveguide section of constant diameter, which is equal to the smallest diameter of the conical horn.
- the adjustment is made by a suitable choice of the length of this circular waveguide section.
- the object of the present invention is to provide an antenna arrangement of the type mentioned in the introduction, in which the transition between the connecting waveguide and the horn antenna is designed in such a way that a simple conversion of the wave propagation mode is achieved without parasitic modes occurring in the horn antenna in addition to the mode desired there .
- transition piece between the connecting waveguide and horn radiator is formed without the interposition of a separate transition element in that the Wäna, the horn radiator itself and that of the connecting waveguide itself change in their outline at any point without changing the outline shape extend linearly to where they meet with the other wall, forming a corresponding intersection curve.
- a waveguide transition piece is known from DE-AS 12 71 229, through which two different, namely rectangular and elliptical, internal cross sections are transferred into one another, the wall surfaces each running without changing their outline shapes to the other wall and merging there via incisions. However then connect on both sides of this waveguide transition piece again waveguides of different, namely rectangular and elliptical, internal cross sections.
- the present invention is characterized in that the grooved horn without directly interposing its own transition piece the connecting waveguide passes, quite in contrast to the suggestions given by DE-OS 25 05 375 and DE-AS 12 71 229.
- the antenna arrangement according to the invention is also suitable for generating an asymmetrical, for example elliptical radiation pattern in the far field, so that the antenna arrangement can be used in a geostationary satellite for the purpose of illuminating a certain area of the earth for television and / or telecommunication purposes, but also other applications using such asymmetrical radiation diagrams are conceivable.
- the grooves on the inside of the horn are preferably started in the cross-sectional plane which contains the points of the connecting waveguide wall which are cut most in the direction of the horn aperture in the wall of the horn.
- an asymmetrical radiation pattern or, in other words, an asymmetrical power density distribution is achieved, the radiation of which is polarized exactly circularly or linearly in each direction.
- the antenna arrangement can be used advantageously for satellites for telecommunications purposes with double frequency utilization by orthogonal polarization or for television distribution purposes.
- FIG. 7 shows a longitudinal section of the horn wall part marked with 4 in FIG. 1.
- the depth s of the grooves provided is approximately a quarter of the operating wavelength.
- the grooves run from the cross-sectional area B-B 'to the enlarged end of the horn 6.
- FIG. 8 shows a perspective view of an antenna arrangement according to the invention, which has a round connecting waveguide and an elliptical horn. This view clearly shows how the walls of the horn and the connecting waveguide penetrate each other.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Abstrahlung zirkular oder linear polarisierter Mikrowellen, bestehend aus einem Hornstrahler, dessen Innenseite gerillt ist und dessen in Längsrichtung aufeinanderfolgende Querschnitte geometrisch ähnlich sind, einem Anschlußhohlleiter, dessen Innenquerschnitt ein anderes Achsenverhältnis und/oder eine andere Umrißform aufweist als die Querschnitte des Hornstrahlers, und einem Übergangsstück zur einfachen Umwandlung des Wellenausbreitungsmodus im Anschlußhohlleiter in den erwünschten Modus im Hornstrahler.
- Derartige Antennenanordnungen sind in der Praxis bekannt zur Erzeugung symmetrischer Strahlungsdiagramme im Fernfeld. Falls die Innenseite des Hornstrahlers gerillt ist, ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, welches im Fernfeld zirkular polarisiert ist. Da die Kreuzpolarisation gleich Null oder annähernd gleich Null ist, kann diese Antennenanordnung auch bei doppelter Frequenzverwertung zur Anwendung gebracht werden.
- Aufgrund der Tatsache, daß der Anschlußhohlleiter einen Innenquerschnitt mit einer anderen Umrißform und/oder einem anderen Achsenverhältnis aufweist als der Hornstrahler, entstehen jedoch Probleme, welche im Hornstrahler Parasitärmoden oder höhere Moden mit unerwünschter Kreuzpolarisation und/oder Fehlanpassung zur Folge haben. Diese entsteht meistens, wenn ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm im Fernfeld gefordert wird.
- Falls z.B. zwischen einem runden Anschlußhohlleiter und einem elliptischen Hornstrahler ein im Hinblick auf den Querschnittsverlauf plötzlicher Übergang angeordnet wird, kann die erwünschte Polarisationsreinheit nicht erzielt werden. Dies gilt für jeden plötzlichen Übergang zwischen einem Anschlußhohlleiter und einem Hornstrahler mit gegenseitig verschiedenen Umrißformen.
- So wird der Übergang von einem runden Hohlleiter, welcher zuerst allmähllich an zwei Seiten abgeplattet verläuft, zwecks Erzielung einer Ellipse, welche dann in einen elliptischen Hornstrahler übergeht, auch eine Kreuzpolarisation bewirken, wodurch die erwünschte Polarisation im Fernfeld stark gestört wird. Aber auch der Übergang zwischen einem Anschlußhohlleiter und einem Hornstrahler mit gegenseitig gleichen Umrißformen, aber verschiedenem Achsenverhältnis wird eine Umwandlung bewirken, bei welcher, nächst dem erwünschten Modus im Hornstrahler, parasitäre Moden entstehen. Dies ergibt sich z.B. bei elliptischen Umrißformen, deren Elliptizität verschieden ist, oder bei rechteckigen Umrißformen mit verschiedenen Achsenverhältnissen.
- Eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE-QS 25 05 375 bekannt. Dort wird ein quadratischer Speisehohlleiter mit einem konischen, im Querschnitt kreisförmigen Hornstrahler durch einen Hohlleiterübergang verbunden, der von einem quadratischen in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht. Dabei wird ein zunächst quadratischer Anfangsabschnitt in einer Übergangszone unter Beibehaltung der Diagonale kontinuierlich auf einen Kreisquerschnitt aufgeweitet, dessen Durchmesser gleich der Diagonalen des Quadrats ist. Nach der Übergangszone folgt noch ein runder Hohlleiterabschnitt konstanten Durchmessers, der gleich dem kleinsten Durchmesser des konischen Hornstrahlers ist. Die Anpassung erfolgt durch geeignete Wahl der Länge dieses Rundhohlleiterabschnittes. Bei dieser Antennenanordnung liegt demnach ein bezüglich der Innenquerschnitte plötzlicher Übergang zwischen dem runden Hohlleiterabschnitt und dem konischen Hornstrahler vor, wobei beide an einer kreisförmigen Umfangslinie aneinanderstoßen.
- Antennenanordnungen, bei denen Hohlleiter sowie Hornstrahler unterschiedlicher Querschnittsformen direkt aneinanderstoßen, sind noch aus der DE-OS 20 05 440 bekannt. Dort sind zwei spezielle Ausführungsformen mit rechteckigen bzw. runden und elliptischen Querschnitten beschrieben. Die Hohlleiter grenzen dort jeweils ohne besondere Übergangsstücke an die zugeordneten Hornstrahler, wobei sich jeweils in einer Ebene liegende, rechteckige bzw. runde oder elliptische Schnittlinien ergeben. Auch hier liegen plötzliche, in einer Ebene erfolgende Änderungen der Innenquerschnitte im weiter oben erwähnten Sinne vor. Im übrigen sind die Innenwände der Hornstrahler nicht gerillt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der der Übergang zwischen dem Anschlußhohlleiter und dem Hornstrahler so ausgebildet ist, daß eine einfache Umwandlung des Wellenausbreitungsmodus erzielt wird, ohne daß im Hornstrahler neben dem dort erwünschten Modus parasitäre Moden entstehen.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Übergangsstück zwischen Anschlußhohlleiter und Hornstrahler ohne Zwischenschaltung eines eigenen Übergangselementes dadurch gebildet ist, daß die Wäna, des Hornstrahlers selbst und die des Anschiuii: hohlleiters selbst sich an ihrem Umriß in jeden Punkt ohne Änderung der Umrißform linear bis jeweils dorthin erstrecken, wo sie sich mit der anderen Wand unter Bildung einer entsprechenden Schnittkurve treffen.
- Zwar ist aus der DE-AS 12 71 229 ein Hohlleiterübergangsstück bekannt, durch das zwei unterschiedliche, nämlich rechteckige und elliptische Innenquerschnitte ineinander übergeführt werden, wobei die Wandflächen jeweils ohne Änderung ihrer Umrißformen bis zur anderen Wand verlaufen und dort über Einschnitte ineinander übergehen. Jedoch schließen dann zu beiden Seiten dieses Hohlleiterübergangsstückes jeweils wieder Hohlleiter unterschiedlicher, nämlich einmal rechteckiger und zum anderen elliptischer, Innenquerschnitte an. Abgesehen davon, daß es bei diesem bekannten Hohlleiterübergangsstück gar nicht darum geht, einen gerillten Hornstrahler möglichst ohne Anregung parasitärer Moden an einen Anschlußhohlleiter unterschiedlichen Innenquerschnitts anzuschließen, zeichnet sich die vorliegende Erfindung gerade dadurch aus, daß der gerillte Hornstrahler ohne Zwischenschaltung eines derartigen eigenen Übergangsstückes direkt in den Anschlußhohlleiter übergeht, ganz im Gegensatz zu den durch die DE-OS 25 05 375 sowie die DE-AS 12 71 229 gegebenen Anregungen.
- Die Antennenanordnung gemäß der Erfindung ist auch geeignet, ein im Fernfeld asymmetrisches, beispielsweise elliptisches Strahlungsdiagramm zu erzeugen, so daß die Antennenanordnung etwa in einem geostationären Satelliten zwecks Beleuchtung eines bestimmten Gebietes der Erde für Fernseh- und/oder Fernmeldezwecke angewendet werden kann, wobei jedoch auch andere Anwendungszwecke unter Verwendung derartiger asymmetrischer Strahlungsdiagramme denkbar sind.
- Für eine genaue zirkulare oder lineare Polarisation im Strahlungsdiagramm läßt man vorzugsweise die Rillen an der Innenseite des Hornstrahlers in jener Querschnittsebene anfangen, welche die am weitesten in Richtung auf die Hornapertur in der Wand des Hornstrahlers eingeschnittenen Punkte der Anschlußhohlleiterwand enthält.
- Im folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1 die Seitenansicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung, deren Anschlußhohlleiter rund und deren Hornstrahler elliptisch ist;
- Figur 2 die Vorderansicht der Antennenanordnung gemäß Fig. 1;
- Figur 3 die Draufsicht auf die Antennenanordnung gemäß Fig. 1;
- Figur 4 die Seitenansicht einer weiteren Antennenanordnung gemäß der Erfindung, deren Anschlußhohlleiter rechteckig und deren Hornstrahler elliptisch ist;
- Figur 5 die Vorderansicht der Antennenanordnung gemäß Fig. 4;
- Figur 6 die Draufsicht auf die Antennenanordnung der Fig. 4;
- Figur 7 einen Teillängsschnitt durch die Wand des Hornstrahlers der Fig. 1;
- Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung mit rundem Anschlußhohlleiter und elliptischem Hornstrahler mit kleinerem Öffnungswinkel als im Falle der Figuren 1 und 4.
- In der in den Fig. 1 bis 3 einschließlich gezeigten Antennenanordnung 1 ist deutlich erkennbar, wie die Wände des Anschlußhohlleiters 2 und des Hornstrahlers 3 sich an ihrem Umriß in jedem Punkt ohne Änderung ihrer eigentlichen Umrißformen bis zur anderen Wand erstrecken und dabei über sich zwischen den Querschnittsflächen A-A' und B-B' befindende Einschnitte ineinander übergehen. Durch den in dieser Weise verwirklichten Übergang wird eine Umwandlung des im Anschlußhohlleiter 2 herrschenden Modus in den erwünschten einfachen Modus im elliptischen Hornstrahler 3 erzielt. An der Innenseite der Hornwand sind zur Erzielung zirkular polarisierter Wellen Rillen mit einer Tiefe von annähernd einem Viertel der Betriebswellenlänge angebracht. Zur Verhütung von Fehlanpassung und/oder parasitären Moden im Hornstrahler 3 läßt man diese Rillen erst ab der Querschnittsfläche B-B' anfangen, d.h. am Ende des im Hornstrahler 3 verlaufenden Einschnittes der Wand des Anschlußhohlleiters 2.
- Mit dieser Antennenanordnung wird ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm oder, mit anderen Worten, eine asymmetrische Leistungsdichteverteilung erzielt, deren Strahlung in jeder Richtung genau zirkular oder linear polarisiert ist. Die Antennenanordnung ist vorteilhaft bei Satelliten für Fernmeldezwecke mit doppelter Frequenzverwertung durch orthogonale Polarisation oder für Fernsehverteilzwecke anwendbar.
- Auch bei der in den Fig. 4 bis 6 schematisch dargestellten Antennenanordnung ist deutlich erkennbar, wie die Wände des rechteckigen Anschlußhohlleiters 5 und des elliptischen Hornstrahlers 6 an ihrem Umriß wieder über Einschnitte ohne Änderung der Umrißform ineinander übergehen. Sowohl in der Wand des Anschlußhohlleiters 5 wie in der Wand des Hornstrahlers 6 befinden sich diese Einschnitte zwischen den Querschnittsflächen A-A' und B-B'. Auch bei diesem Übergang wird wieder eine einfache Modenumwandlung erzielt. Der rechteckige Hohlleiter kann auch quadratisch ausgeführt sein. Selbstverständlich wird auch mit diesem elliptischen Hornstrahler ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm erzielt.
- In der Fig. 7 ist ein Längsschnitt des in Fig. 1 mit 4 markierten Hornwandteiles gezeigt. Die Tiefe s der angebrachten Rillen beträgt annähernd ein Viertel der Betriebswellenlänge. Wie bereits erwähnt, verlaufen die Rillen ab der Querschnittsfläche B-B' bis zum erweiterten Ende des Hornstrahlers 6.
- Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung, welche einen runden Anschlußhohlleiter und einen elliptischen Hornstrahler aufweist. In dieser Ansicht ist deutlich erkennbar, wie die Wände von Hornstrahler und Anschlußhohlleiter einander durchdringen.
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