EP0034810A1 - Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule - Google Patents

Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule Download PDF

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EP0034810A1
EP0034810A1 EP81101187A EP81101187A EP0034810A1 EP 0034810 A1 EP0034810 A1 EP 0034810A1 EP 81101187 A EP81101187 A EP 81101187A EP 81101187 A EP81101187 A EP 81101187A EP 0034810 A1 EP0034810 A1 EP 0034810A1
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EP
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oval
exciter
dielectric
circular
waveguide
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Withdrawn
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EP81101187A
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Erwin Dipl.-Ing. Härtinger
Wolfgang Dipl.-Ing. Rebhan
Gerhard Dipl.-Ing. Schindler
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
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    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
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    • H01Q19/08—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for modifying the radiation pattern of a radiating horn in which it is located

Definitions

  • the invention relates to a microwave directional antenna for generating a sector-shaped radiation lobe, consisting of a reflector with an oval aperture and an exciter, which is designed as a tube-like dielectric longitudinal radiator and emits radiation that is predominantly oval in the broadest sense running ring zone.
  • Such directional antennas are used, for example, in a geostationary satellite, from which an area or several different areas on the earth are to be illuminated.
  • Such antennas are known from DE-OS 24 16 718.
  • the antenna is equipped with a parabolic reflector and has an exciter in which the radiation takes place predominantly in an annular zone of its aperture.
  • special exciter versions are specified which are suitable for rotating paraboloid antennas with a rotationally symmetrical sector diagram.
  • An approximately oval club could possibly be achieved by arranging several individual exciters in front of a reflector.
  • this option is quite complex. This is because a feed network is required for the exciters in order to apply them in the correct phase and amplitude.
  • the exciter consists of a circular or oval waveguide with a cross section which e.g. is provided in the magnetic plane with two opposing slots and has a circular or oval tube attached to its inner wall and made of dielectric material, which protrudes beyond the waveguide opening and covers the waveguide slots.
  • the exciter 1 which is designed as a tube-like dielectric longitudinal radiator, emits radiation which emanates predominantly from an annular zone lying around the longitudinal axis z of the exciter.
  • the exciter 1 is designed so that this ring zone 3 has an essentially oval shape, the position of this oval exciter ring zone 3 in relation to the oval aperture of the reflector is such that the longer axes of the two ovals are rotated by 90 ° to each other , ie the longer axis of the exciter ring zone oval lies in the y, z plane and the longer axis of the reflector aperture oval in the x, z plane.
  • the desired radiation diagram which has an oval shape of high concentration in cross-section and a sector shape in all longitudinal sections, requires an occupancy which fluctuates greatly in amplitude and phase in the radial direction according to special functions.
  • the primary field has an oval minimum 8, which is shown in dashed lines within the reflector aperture.
  • An assignment, as shown in FIG. 1, can be generated in the case of reflectors with an oval aperture boundary by using tube-like dielectric longitudinal radiators as exciters.
  • the radiation does not predominantly originate from the exciter axis, as is the case with conventional exciters, but rather starts from zone 3, which is oval in the broadest sense around the exciter axis z.
  • FIGS. 2 and 3 A technologically relatively easily realizable embodiment of a non-rotationally symmetrical exciter for the directional antenna according to the invention is shown in FIGS. 2 and 3 in a view from the front and in a side view.
  • a circular circular waveguide 9, which is provided with slots 10 and 11 in the magnetic plane, for example, and contains a circular dielectric tube 13 projecting beyond the waveguide opening 12 serves as the feeding waveguide.
  • the dielectric round tube 13 covers the waveguide slots 10 and 11 on the inside and lies against the inner wall of the waveguide 9.
  • the dielectric tube 13 is provided with a bevel 14.
  • the slots 10 and 11 on the one hand bring about a stronger coupling of the sections of the dielectric tube 13 lying in the field-poor waveguide region, and on the other hand, because of the greater length of the pipe sections projecting here over the metallic edge of the waveguide 9, a widening of the field-filled space in the direction of the magnetic axis .
  • the radiation at the end of the dielectric tube 13 occurs approximately from an oval ring zone.
  • the excitation radiation is therefore in the desired level in the H plane. Way bundled.
  • the bundling of the excitation radiation increases overall when the dielectric insert protrudes further in front of the waveguide opening 12.
  • the width and length of the waveguide slots 10 and 11 also depend on the axial ratio of the primary beam cross section and the side lobe shape in the excitation diagram.
  • the phase distribution desired in the aperture can be achieved by suitably adapting the reflector contour to the measured phase diagram of the exciter. It has a stair-like course and usually results approximately from the pathogen diagram.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Richtantenne. Zur Erzeugung einer im Querschnitt ovalen Strahlungskeule hoher Bündelung mit Sektorformung in allen Längsschnitten wird ein Reflektor mit ovaler Apertur und ein nicht drehsymmetrisch aufgebauter Erreger verwendet, der als dielektrisher Rohrstrahler ausgebildet ist und vorwiegend mit einer etwa ovalen Ringzone strahlt. Der dielektrische Strahler besteht aus einem im Querschnitt kreisförmigen oder ovalen Hohlleiter (9), der beispielsweise in der magnetischen Ebene mit zwei sich gegenüberliegenden Einschlitzungen (10) versehen ist und ein an seiner Innenwandung angebrachtes, dielektrisches, kreisförmiges bzw. ovales Rohr (13) aufweist, das über die Hohlleiteröffnung (12) hinausragt und die leitereinschlitzungen (10) abdeckt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule, bestehend aus einem Reflektor mit ovaler Apertur und einem Erreger, der als rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler ausgebildet ist und eine Strahlung abgibt, die vorwiegend von einer im weitesten Sinne oval.um die Erregerlängsache verlaufenden Ringzone ausgeht.
  • Derartige Richtantennen werden beispielsweise in einem geostationären Satelliten eingesetzt, von dem aus ein Gebiet oder mehrere verschiedene Gebiete auf der Erde ausgeleuchtet werden sollen. Bekannt sind solche Antennen aus der DE-OS 24 16 718. Hierbei ist die Antenne mit einem Parabolreflektor ausgerüstet und weist einen Erreger auf, bei dem die Abstrahlung vorwiegend in einer ringförmigen Zone seiner Apertur erfolgt. In der genannten DE-OS sind spezielle Erregerausführungen angegeben, die sich für Rotationsparaboloidantennen mit einem drehsymmetrischen Sektordiagramm eignen.
  • Tritt jedoch das Problem auf, die Strahlungskeule der Richtantenne möglichst gut einer dem auszuleuchtenden Gebiet umschriebenen Ellipse unter Berücksichtigung möglichst hoher Strahlungsdichte innerhalb des 'Gebiets und geringer Überstrahlung in Richtung benachbarter Gebiete anzupassen, dann ergeben sich bei dem Versuch, die in der vorher genannten DE-OS erwähnten Erregerausfünrungen durch Transformation auf einen elliptischen Strahlungsquerschnitt an die neue Aufgabenstellung anzupassen, erhebliche technologische Schwierigkeiten. Insbesondere ist die Optimierung solcher Erreger deswegen erschwert, weil keine im Experiment auf einfache Weise variierbaren Parameter vorhanden sind, mit denen die Strahlungseigenschaften im Detail kontrollierbar sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrowellen-Richtantenne der eingangs genannten Art anzugeben, die eine im Querschnitt ovale Strahlungskeule hoher Bündelung mit Sektorformung in allen Längsschnitten erzeugt und deren Erreger auf technologisch einfache Weise realisiert und optimiert werden kann. Eine angenähert ovale Keule könnte unter Umständen durch die Anordnung mehrerer Einzelerreger vor einem Reflektor erreicht werden. Diese Möglichkeit ist jedoch ziemlich aufwendig. Es ist nämlich ein Speisenetzwerk für die Erreger nötig, um diese phasen- und amplitudenrichtig zu beaufschlagen.
  • Gemäß der Erfindung wird die vorher angegebene Aufgabe dadurch gelöst, daß der Erreger aus einem im Querschnitt kreisförmigen oder ovalen Hohlleiter besteht der z.B. in der magnetischen Ebene mit zwei sich gegenüberliegenden Einschlitzungen versehen ist und ein an seiner Innenwandung angebrachtes, aus dielektrischem Material bestehendes, kreisförmiges bzw. ovales Rohr aufweist, das über die Hohlleiteröffnung hinausragt und die Hohlleitereinschlitzungen abdeckt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine schematische Seitenansicht und Draufsicht einer prinzipiell aus der DE-OS 24 16 718 bekannten Richtantenne mit den beiden Hauptschnitten des von dieser Antenne erzeugten Strahlungsdiagramms und der von dieser Antenne erzeugten Aperturbelegung,
    • Fig. 2 und 3 eine Ausführungsform des Erregers für eine Richtantenne nach der Erfindung in einer Ansicht von vorne bzw. von der Seite.
  • Fig. 1 zeigt links in einer schematischen Schnittansicht eine prinzipiell aus der DE-OS 24 16 718 bekannte Mikrowellen-Richtantenne, welche aus einem Erreger 1 und einem Reflektor besteht. Rechts davon ist in einer Draufsicht auf diese Antenne zu erkennen, daß die Aperturform des Reflektors 2 oval ist, wobei die Höhenausdehnung D2(Y-Dimension) kleiner ist als die Breitenausdehnung D1(x-Dimension). Der als rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler ausgebildete Erreger 1 gibt eine Strahlung ab, die vorwiegend von einer rund um die Erregerlängsachse z liegenden Ringzone ausgeht. Der Erreger 1 ist dabei so ausgeführt, daß diese Ringzone 3 eine im wesentlichen ovale Form aufweist, wobei die Lage dieser ovalen Erregerringzone 3 in Bezug zur ovalen Apertur des Reflektors so ist, daß die jeweils längeren Achsen der beiden Ovale zueinander um 90° verdreht sind, d.h. die längere Achse des Erregerringzonenovals liegt in der y,z-Ebene und die längere Achse des Reflektoraperturovals in der x,z-Ebene. Das erwünschte Strahlungsdiagramm, welches im Querschnitt eine ovale Form hoher Bündelung und in allen Längsschnitten eine Sektorformung aufweist, setzt eine in Amplitude und Phase in radialer Richtung nach speziellen Funktionen stark schwankende Belegung voraus. Fig. 1 zeigt rechts neben und unter der Reflektorkonfiguration die Hauptschnitte 4 und 5 des Strahlungsdiagramm bzw. die Hauptschnitte6 und 7 der Belegung. Zur Erzeugung dieser Belegung weist das Primärfeld ein oval verlaufendes Minimum 8 auf, welches innerhalb der Reflektorapertur gestrichelt dargestellt ist. Die Hauptschnitte 4 und 6 des Strahlungsdiagramms bzw. der Belegung ergeben sich bei einem Winkel ϕ =90 0 und bei minimaler Reflektorausdehnung r. Die anderen beiden Hauptschnitte 5 und 7 des Strahlungsdiagramms bzw. der Belegung ergeben sich dagegen bei einem Winkel ϕ = 0° und bei maximaler Reflektorausdehnung r.
  • Eine Belegung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist,läßt sich bei Reflektoren mit ovaler Aperturberandung durch den Einsatz rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler als Erreger erzeugen. Die Abstrahlung erfolgt dabei nicht wie bei üblichen Erregern vorwiegend von der Erregerachse aus, sondern geht von der ringförmig und zwar im weitesten Sinne oval um die Erregerachse z liegenden Zone 3 aus.
  • Eine technologisch relativ leicht realisierbare Ausführungsform eines nicht drehsymmetrisch ausgebildeten Erregers für die Richtantenne nach der Erfindung zeigen die Fig. 2 und 3 in einer Ansicht von vorne bzw. in einer Seitenansicht. Als speisender Hohlleiter dient hier ein kreisförmiger Rundhohlleiter 9, der z.B. in der magnetischen Ebene mit Einschlitzungen 10 und 11 versehen ist und ein kreisrundes, über die Hohlleiteröffnung 12 hinausragendes dielektrisches Rohr 13 enthält. Das dielektrische Rundrohr 13 deckt die Hohlleitereinschlitzungen 10 und 11 innen ab und liegt an der Innenwandung des Hohlleiters 9 an. Am inneren Abschluß ist das dielektrische Rohr 13 mit einer Abschrägung 14 versehen. Die Einschlitzungen 10 und 11 bewirken einerseits eine stärkere Ankopplung der im feldarmen Hohlleiterbereich liegenden Abschnitte des dielektrischen Rohrs 13, andererseits, wegen der größeren Länge der,hier über den metallischen Rand des Hohlleiters 9 überstehenden Rohrabschnitte, eine Verbreiterung des felderfüllten Raumes in Richtung der magnetischen Achse. Die Abstrahlung am Ende des dielektrischen Rohres 13 erfolgt annähernd von einer ovalen Ringzone aus. In der H-Ebene ist deshalb die Erregerstrahlung in der erwünschten. Weise gebündelt. Wie von Längsstrahlern her bekannt, nimmt die Bündelung der Erregerstrahlung insgesamt zu, wenn der dielektrische Einsatz weiter vor die Hohlleiteröffnung 12 herausragt. Von der Überstehlänge und darüber hinaus von der Wandstärke des dielektrischen Rohres 13 sowie von der Breite und Länge der Hohlleitereinschlitzungen 10 und 11 hängen auch das Achsverhältnis des Primärstrahlquerschnitts und der Nebenzipfelverlauf im Erregerdiagramm ab.
  • Eine noch bessere Annäherung an das gewünschte Sektordiagramm ergibt sich, wenn die Aperturbelegung in der Reflektorapertur mehr Schwankungen aufweist, als dies in den kurven 6 und 7, von Fig. 1 dargestellt ist. Der Reflektor muB dazu entsprechend vergrößert werden. Solche Belegungen lassen sich mit Erregern erzeugen, bei denen die Abstrahlung von mehreren konzentrisch zueinander liegenden Ringzonen aus erfolgt. Die Ringzonen können dadurch realisiert werden, daB anstelle der beispielsweise in den Fig. 2 und 3 dargestellten Erregerausführung eine entsprechend konzentrische Anordnung des dielektrischen Strahlers vorgesehen wird.
  • Die in der Apertur erwünschte Phasenverteilung läßt sich durch geeignete Anpassung der Reflektorkontur an das gemessene Phasendiagramm des Erregers realisieren. Sie hat einen treppenähnlichen Verlauf und ergibt sich meist schon angenähert aus dem Erregerdiagramm.

Claims (2)

1. Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule, bestehend aus einem Reflektor mit ovaler Apertur und einem Erreger, der als rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler ausgebildet ist und eine Strahlung abgibt, die vorwiegend von einer im weitesten Sinne oval um die Erregerlängsachse verlaufenden Ringzone ausgeht, dadurch gekennzeichnet , daß der Erreger aus einem im Querschnitt kreisförmigen oder ovalen Hohlleiter (9) besteht,der z.B. in der magnetischen Ebene mit zwei sich gegenüberliegenden Einschlitzungen (10, 11) versehen ist und ein an seiner Innenwandung angebrachtes, aus.dielektrischem Material bestehendes, kreisförmiges bzw. ovales Rohr (13) aufweist, das über die Hohlleiteröffnung (12) hinausragt und die Hohlleitereinschlitzungen (10, 11) abdeckt.
2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in konzentrischer Weise mehrere derartige Erreger vorgesehen sind.
EP81101187A 1980-02-26 1981-02-19 Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule Withdrawn EP0034810A1 (de)

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Inventor name: REBHAN, WOLFGANG, DIPL.-ING.

Inventor name: HAERTINGER, ERWIN, DIPL.-ING.