EP0060922A1 - Breitbandiger Rillenhornstrahler - Google Patents

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EP0060922A1
EP0060922A1 EP81108333A EP81108333A EP0060922A1 EP 0060922 A1 EP0060922 A1 EP 0060922A1 EP 81108333 A EP81108333 A EP 81108333A EP 81108333 A EP81108333 A EP 81108333A EP 0060922 A1 EP0060922 A1 EP 0060922A1
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section
cross
horn
excitation part
transition
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Günter Dr.-Ing. Mörz
Francesco Dott. Ing. Intoppa
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Bosch Telecom GmbH
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ANT Nachrichtentechnik GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H—ELECTRICITY
    • 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 present invention relates to a broadband grooved horn radiator with a hybrid wave excitation part, the internal clear cross section of which is constant over the entire length, and with a transition section from the cross section of the hybrid wave excitation part to the cross section of the horn aperture.
  • Grooved horn radiators are used as primary radiators in reflector antennas. They are characterized by a low cross polarization mirror, by freedom from reflection, good side lobe suppression and by a rotationally symmetrical radiation lobe (EH adjustment of the lobe cuts). A grooved horn should have these good properties in the broadest possible frequency range. So far, attempts have been made, for example in DE-AS 21 52 817, to increase the bandwidth by changing the frequency dependence of the impedance on the inner walls of the horn. According to DE-AS 21 52 817, this is achieved by a special design and dimensioning of the groove structure in the hybrid wave excitation part and in the adjoining transition section to the horn aperture.
  • the invention is therefore based on the object of creating a grooved horn of the type mentioned, the transmission bandwidth of which is increased without the use of complicated groove structures.
  • the object is achieved in that the length and the internal cross section of the hybrid wave excitation part are dimensioned so that the waveguide wave entering this excitation part is completely converted only into the hybrid wave type to be used, that the wall slope of the transition section is chosen so that in it no interference wave types are viable and that the grooves are adapted to the same transmission bandwidth in all sections of the horn by appropriate dimensioning.
  • the invention is applicable to grooved horn radiators with a wide variety of cross-sectional shapes, e.g. round, elliptical, rectangular etc.
  • FIGS. 1a, b, c illustrate the cross-sectional changes along its Axis.
  • 2 shows the longitudinal sectional view of a horn emitter provided with a groove structure.
  • the groove structure begins with a section 1 which converts the incoming waveguide wave into a specific hybrid wave type, for example with the round cross section into the HE 11 type.
  • a section 1 which converts the incoming waveguide wave into a specific hybrid wave type, for example with the round cross section into the HE 11 type.
  • the inner clear cross section is chosen so large that the usable hybrid wave type is excited and none at the highest transmission frequency. higher hybrid wave type is viable.
  • the excitation part 1 has a constant cross section along its axis and is so long that the entire waveguide shaft is completely converted into the hybrid shaft type.
  • transition section 2, 3 which converts the cross section of the excitation part, which is round in this exemplary embodiment, into the elliptical cross section of the horn aperture.
  • This transition section must be dimensioned such that no interference wave types can be excited in it, as in the excitation part 1. For this reason, the transition from the partial excitation cross section to the horn aperture cross section takes place in two zones 2 and 3. In the first transition zone 2, the partial excitation cross-section is converted into a cross-section, but the shape of the cross-section does not yet correspond to that of the horn aperture. The final cross section of this zone 2 should deviate as little as possible from that of the partial excitation cross section in order to exclude the possibility of interference wave excitation.
  • the Transition zone of the embodiment shown in FIG. 1 is formed. Starting with the round cross-section of the excitation part in the plane Z 1, only one of the two cross-sectional axes perpendicular to one another widens along the z-axis, whereas the other remains unchanged.
  • FIG. 1a and 1b illustrate the changes in the cross-sectional axes a (z) and b (z) along the z-axis.
  • the cut-off frequency of the interference wave types which are viable in this zone decreases, which leads to a reduction in the transmission bandwidth.
  • This disadvantage can be avoided with the following measure.
  • the cross-sectional axis b (z) is not left constant, but is lowered to a lower value b 2 . It should be noted here that b (z) must not drop below a limit value b c (shown in dash-dot lines in FIG. 1c), below which the usable hybrid wave type can no longer propagate.
  • the axial ratio a 2 / b 2 of the final cross section of the transition zone 2 should correspond to the axial ratio of the elliptical horn aperture.
  • the transition zone 3 only the expansion of the elliptical cross-section in the plane z 2 to the horn aperture then takes place, the cross-sectional shape not being changed.
  • FIG. 2 shows part of a groove horn emitter cut open in the longitudinal direction, in which the grooves 4 are designed such that they are adapted to the same transmission bandwidth in all sections 1, 2 of the horn emitter.
  • a groove in the waveguide section with a small cross section has a smaller bandwidth than a groove in the waveguide section with a larger cross section.
  • the capacitive load is reduced with increasing cross-sectional size.
  • the width of the grooves 4 is increased in the transition part 2 with increasing cross-sectional widening and the latch 5 at the end of the grooves is reduced. This measure is only necessary for extremely large bandwidths (approx.

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Abstract

Er besitzt ein Hybridwellenanregungsteil (1) das bezüglich seiner Länge und seines lichten Querschnitts so bemessen ist, daß sämtliche in das Anregungsteil eintretenden Hohlleiterwellen vollständig in den gewünschten Hybridwellentyp umgewandelt werden. In einem sich an das Hybridwellenanregungsteil anschließenden Übergangsabschnitt (2) wird der Querschnitt des Anregungsteils (z.B. rund) in den Querschnitt der Hornapertur (3) (z.B. elliptisch) überführt. Dabei sind die Wandsteigungsänderungen in dem Übergangsabschnitt so bemessen, daß keine Störwellentypen angeregt werden. Die Rillen in sämtlichen Abschnitten des Hornstrahlers sind durch entsprechende Dimensionierung an die gleiche Übertragungsbandbreite angepaßt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen breitbandigen Rillenhornstrahler mit einem Hybridwellenanregungteil, dessen innerer lichter Querschnitt über die ganze Länge konstant ist, und mit einem übergangsabschnitt vom Querschnitt des Hybridwellenanregungsteils auf den Querschnitt der Hornapertur.
  • Rillenhornstrahler werden als Primärstrahler in Reflektorantennen eingesetzt. Sie zeichnen sich aus durch einen geringen Kreuzpolarisationsspiegel, durch Reflexionsfreiheit, gute Nebenkeulenunterdrückung und durch eine rotationssymmetrische Strahlungkeule (E-H-Angleich der Keulenschnitte). Diese guten Eigenschaften sollte ein Rillenhornstrahler in einem möglichst breiten Frequenzbereich aufweisen. Bisher wurde versucht, so z.B. in der DE-AS 21 52 817, die Bandbreite durch Ändern der Frequenzabhängigkeit der Impedanz an den Innenwänden des Hornstrahlers zu vergrößern. Dies wird gemäß der DE-AS 21 52 817 bewirkt durch eine besondere Gestaltung und Dimensionierung der Rillenstruktur im Hybridwellenanregungsteil und im sich daran anschließenden Übergangsabschnitt auf die Hornapertur.
  • Allein durch die Modifikation des Impedanzverlaufs innerhalb des Hornstrahlers läßt sich seine Übertragungsbandbreite nicht sehr vergrößern.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rillenhornstrahler der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen übertragungsbandbreite ohne die Verwendung komplizierter Rillenstrukturen vergrößert ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Länge und der innere lichte Querschnitt des Hybridwellenanregungsteils so bemessen sind, daß die in diesen Anregungsteil eintretende Hohlleiterwelle vollständig nur in den zu nutzenden Hybridwellentyp umgewandelt wird, daß die Wandsteigung des Übergangsabschnittes so gewählt ist, daß in ihm keine Störwellentypen existenzfähig sind und daß die Rillen durch entsprechende Dimensionierung in allen Abschnitten des Hornstrahlers an die gleiche Übertragungsbandbreite angepaßt sind.
  • Zweckmäßige Ausführungen des erfinungsgemäßen Rillenhornstrahlers gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung ist anwendbar auf Rillenhornstrahler mit den unterschiedlichsten Querschnittsformen, z.B. rund, elliptisch, rechteckig etc.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt-einen Hornstrahler und die Fig. 1a, b, c, verdeutlichen die Querschnittsänderungen entlang seiner , Achse. Der Fig. 2 ist die Längsschnittansicht eines mit einer Rillenstruktur versehenen Hornstrahlers entnehmbar.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Hornstrahler, bei dem der Übersichtlichkeit halber die Rillenstruktur nicht eingezeichnet ist, beginnt mit einem Abschnitt 1, der die eintretende Hohlleiterwelle in einen bestimmten Hybridwellentyp, z.B. beim Rundquerschnitt in den HE11-Typ, umwandelt. Damit keine Verschlechterung der Strahlungseigenschaften des Rillenhornstrahlers auftritt, ist darauf zu achten, daß außer dem gewünschten Hybridwellentyp keine weiteren höheren Hybridwellentypen angeregt werden. Aus diesem Grund ist der innere lichte Querschnitt so groß gewählt, daß gerade der nutzbare Hybridwellentyp angeregt wird und bei der obersten Übertragungsfrequenz noch kein. höherer Hybridwellentyp existenzfähig ist. Das Anregungsteil 1 besitzt entlang seiner Achse einen konstanten Querschnitt und ist so lang, daß die gesamte Hohlleiterwelle vollständig in den Hybridwellentyp umgewandelt wird.
  • Hinter dem Anregungsteil 1 folgt ein Übergangsabschnitt 2,3, der den in diesem Ausführungsbeispiel runden Querschnitt des Anregungsteils in den elliptischen Querschnitt der Hornapertur überführt. Dieser Übergangsabschnitt muß so dimensioniert sein, daß in ihm wie im Anregungsteil 1 keine Störwellentypen angeregt werden können. Aus diesem Grunde findet der Übergang von dem Anregungsteilquerschnitt auf den Hornaperturquerschnitt in zwei Zonen 2 und 3 statt. Und zwar erfolgt in der ersten Übergangszone 2 die Überführung des Anregungsteilquerschnittes in einen Querschnitt, der in seiner Form aber noch nicht in seiner Größe dem der Hornapertur entspricht. Der Endquerschnitt dieser Zone 2 soll in seiner lichten Weite möglichst wenig von der des Anregungsteilquerschnitts abweichen, um die Möglichkeit von Störwellenanregung auszuschliessen. Dementsprechend ist auch die Übergangszone des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Beginnend mit dem runden Querschnitt des Anregungsteils in der Ebene Z1 weitet sich entlang der z-Achse nur eine der beiden senkrecht aufeinanderstehenden Querschnittsachsen auf, wogegen die andere unverändert bleibt.
  • Die Fig. 1a und 1b verdeutlichen die Änderungen der Querschnittsachesen a(z) und b(z) entlang der z-Achse. Die Querschnittsachse a(z) steigt von a1 = ao in der z1-Ebene am Ende des Anregungsteils 1 auf den Wert a2 in der z2-Ebene am Ende der Übergangszone 2 an. Die Querschnittsachse b (z) erfährt bis zur Ebene z2 keine Änderung; es gilt b2 = b1 = b . Infolge der Vergrößerung der Querschnittsachse a (z) und damit des Anwachsens der lichten Weite innerhalb der Übergangszone 2 erniedrigt sich die Grenzfrequenz der in dieser Zone existenzfähigen Störwellentypen, was zu einer Verringerung der Übertragungsbandbreite führt. Mit folgender Maßnahme läßt sich dieser Nachteil vermeiden. Wie Fig. 1c zeigt, wird die Querschnittsachse b(z) nicht konstant gelassen, sondern auf einen geringeren Wert b2 herabgesenkt. Hierbei ist zu beachten, daß b(z) nicht unter einen Grenzwert bc (strichpunktiert in Fig. 1c eingezeichnet) absinken darf, unter dem die Ausbreitung des nutzbaren Hybridwellentyps nicht mehr möglich ist. Das Achsenverhältnis a2/b2 des Endquerschnitts der Übergangszone 2 soll dem Achsenverhältnis der elliptischen Hornapertur entsprechen. In der Übergangszone 3 erfolgt dann nur noch die Aufweitung des elliptischen Querschnitts in der Ebene z2 auf die Hornapertur, wobei die Querschnittsform nicht geändert wird.
  • Beim in der Fig. 1 dargestellten Rillenhornstrahler ändern sich die Querschnittsachsen a(z) und b(z) im Übergangsbereich entlang der z-Achse linear. Es ist aber auch möglich, daß a(z) und b(z) nichtlineare aber stetige Funktionsverläufe besitzen (punktiert in Fig. 1a, 1b angedeutet). Dadurch ist es möglich, Knickstellen zu vermeiden.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Teil eines in Längsrichtung aufgeschnittenen Rillenhornstrahlers, bei dem die Rillen 4 so gestaltet sind, daß sie in allen Abschnitten 1,2 des Hornstrahlers an die gleiche Übertragungsbandbreite angepaßt sind. Normalerweise hat eine Rille in dem Hohlleiterabschnitt mit kleinem Querschnitt eine kleinere Bandbreite als eine Rille im Hohlleiterabschnitt mit größerem Querschnitt. Um eine homogene Bandbreitenanpassung längs der Hornstrahlerachse zu erreichen, wird die kapazitive Belastung mit zunehmender Querschnittsgröße reduziert. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, wird dazu im Übergangsteil 2 mit steigender Querschnittserweiterung die Breite der Rillen 4 vergrößert und die Falle 5 am Ende der Rillen vermindert. Diese Maßnahme ist nur bei extrem großen Bandbreiten erforderlich (ca. eine Oktave und darüber); im allgemeinen genügt es, die Rillenstruktur im Anregungs- und übergangsbereich, z.B gemäß der in der deutschen Patentschrift DE-PS 26 16 125 gezeigten Weise, an die erforderliche Übertragungsbandbreite anzupassen. Diese Anpassung der Rillenstruktur beinhaltet lediglich eine Variation der Rillenbreite, - Tiefe - und des Abstandes in Abhängigkeit vom Ort längs der Achse des Hornstrahlers. Im Hornabschnitt 1 ist eine derartige Variation der Rillenstruktur schon allein zur vollständigen Überführung der Hohlleiterwellen in die entsprechenden Hybridwellentypen erforderlich, wobei geringste Eigenreflexion vorausgesetzt wird. Selbst bei vollständiger Hybridwellen- überführung am Ausgang des Abschnitts 1 ist es mitunter erforderlich, auch in Abschnitt 2 eine Anpassung der Rillen (z.B. Rillentiefe, Rillenabstand) an den örtlichen Querschnitt durchzuführen, da die Hohlleiterwellenlängen örtlich verschieden sind. Bei unsymmetrischen Querschnitten (z.B. elliptisch) der Übergangszonen 2 und 3 kann es erforderlich sein, diese örtliche Anpassung der Rillen in den beiden Querschnittsachsen a(z) und b(z) unterschiedlich auszuführen. Hierfür bietet sich an, die Rillentiefe zu variieren, weil das aus Herstellungsgründen am einfachsten ist. Mit Hilfe dieser Maßnahmen gelingt es, einen elliptischen Rillenhornstrahler zu erstellen, cer in zwei Polarisationen identische Phasendrehungen aufweist.

Claims (6)

1. Breitbandigr Rillenhornstrahler mit einem Hybridwellenanregungsteil, dessen innerer lichter Querschnitt über die ganze Länge konstant ist, und mit einem übergangsabschnitt vom Querschnitt des Hybridwellenanregungsteils auf den Querschnitt der Hornapertur, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und der innere lichte Querschnitt des Hybridwellenanregungsteils (1) so bemessen sind, daß die in diesen Anregungsteil eintretende Hohlleiterwelle vollständig nur in den zu nutzenden Hybridwellentyp umgewandelt wird, daß die Wandsteigung des Übergangsabschnitts (2,3) so gewählt ist, daß in ihm keine Störwellen existenzfähig sind, und daß die Rillen (4) durch entsprechende Dimensionierung in allen Abschnitten des Hornstrahlers an die gleiche Übertragungsbandbreite angepaßt sind.
2. Breitbandiger Rillenhornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, falls die Hornapertur einen anderen Querschnitt als das Hybridwellenanregungsteil (1) hat, im Übergangsabschnitt zunächst in einer ersten Zone (2) der Übergang vom Querschnitt des Anregungsteils auf einen Querschnitt erfolgt, der in seiner Form dem der Hornapertur entspricht,in seiner Größe aber möglichst wenig vom Anregungsteilquerschnitt abweicht und dann in einer zweiten Zone (3) dieser Querschnitt sich auf die endgültige Hornapertur aufweitet.
3. Breitbandiger Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem runden Anregungsteilquerschnitt und einer elliptischen Hornapertur die erste übergangszone (2) mit einem elliptischen Querschnitt endet, dessen eine Querschnittsachse (b2) gegenüber dem Durchmesser des Kreisquerschnitts des Anregungsteils unverändert oder vermindert ist und dessen andere Querschnittsachse (a2) soweit vergrößert ist, daß das Achsenverhältnis des elliptischen Querschnitts am Ende der ersten Übergangszone gleich dem der elliptischen Hornapertur ist.
4. Breitbandiger Rillenhornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillenform, die Rillentiefe und der Rillenabstand im Hybridanregungsteil (1) und im Übergangsabschnitt (2,3) an den örtlichen lichten Hohlleiterquerschnitt angepaßt sind.
5. Breitbandiger Rillenhornstrahler nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (4) eine kapazitive Belastung aufweisen, die mit zunehmendem inneren lichten Querschnitt im Übergangsabschnitt (2) zur Hornapertur hin stetig abnimmt.
6. Breitbandiger Rillenhornstrahler nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß, sofern die Hornapertur elliptisch ist, die Tiefen der Rillen (4) bei den Querschnittsachsen a (z) und b (z) längs des Übergangsquerschnitts (2,3) unterschiedlich ausgebildet sind und dieser Unterschied zur Hornapertur hin abnimmt.
EP81108333A 1981-03-13 1981-10-15 Breitbandiger Rillenhornstrahler Expired EP0060922B1 (de)

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DE19813109667 DE3109667A1 (de) 1981-03-13 1981-03-13 "breitbandiger rillenhornstrahler"

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EP0060922A1 true EP0060922A1 (de) 1982-09-29
EP0060922B1 EP0060922B1 (de) 1987-01-28

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