EP0060922B1 - Breitbandiger Rillenhornstrahler - Google Patents
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- H01Q13/0208—Corrugated horns
- H01Q13/0225—Corrugated horns of non-circular cross-section
Definitions
- the present invention relates to a broadband grooved horn emitter, with a hybrid mode excitation part provided with a grooved structure, which has an internal clear cross-section of round shape which does not change over its entire length, the length and cross-section being dimensioned such that a waveguide shaft fed in completely only into one desired one Hybrid wave type is converted, and consists of a transition section also provided with a groove structure, the inner clear cross section of which passes from that of the hybrid mode 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 level, freedom from reflection, good side lobe suppression and a rotationally symmetrical radiation lobe (E-H adjustment of the lobe cuts). A grooved horn should have these good properties in the broadest possible frequency range.
- both the hybrid mode excitation part and the horn aperture have a round cross-sectional shape.
- the transition section between the hybrid mode excitation part and the horn aperture also has a round cross section.
- the invention is based on the object of specifying a broadband grooved horn emitter of the type mentioned at the outset which is capable of generating a very broadband, double-polarized radiation field of elliptical shape.
- the horn aperture has an elliptical cross section, that the transition section in a first zone changes to an elliptical cross section, which has the same axis ratio as the elliptical horn aperture cross section but almost the same size as the cross section of the hybrid mode excitation part, and that the transition section widens in a second zone to the size of the horn aperture cross section.
- Fig. 1 shows a horn
- Fig. 1a, b, c illustrate the changes in cross-section along its axis
- 2 shows the longitudinal sectional view of a horn emitter provided with a groove structure.
- the horn radiator shown in Fig. 1 begins with a section 1 which converts the incoming waveguide wave into a certain hybrid wave type, e.g. converted into the HE, 1 type in the case of a round cross-section.
- a certain hybrid wave type e.g. converted into the HE, 1 type in the case of a round cross-section.
- the inner clear cross-section is chosen so large that the usable hybrid wave type is excited and no higher hybrid wave type is viable at the highest transmission frequency.
- 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 wave 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 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.
- 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 excitation section in order to exclude the possibility of interference wave excitation.
- the transition zone of the exemplary embodiment shown in FIG. 1 is also designed accordingly. 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 end cross section of the transition zone 2 is said to Axial ratio of the elliptical horn aperture correspond.
- 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.
- the cross-sectional axes a (z) and b (z) change linearly in the transition region along the z-axis.
- a (z) and b (z) it is also possible for a (z) and b (z) to have non-linear but continuous functional profiles (dotted in FIG. 1 a, 1 b). This makes it possible to avoid kinks.
- 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 expansion 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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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen breitbandigen Rillenhornstrahler, mit einem mit einer Rillenstruktur versehenen Hybridmodenanregungsteil, das einen über seine gesamte Länge sich nicht ändernden inneren lichten Querschnitt von runder Form aufweist, wobei Länge und Querschnitt so bemessen sind, dass eine eingespeiste Hohlleiterwelle vollständig nur in einen gewünschten Hybridwellentyp umgewandelt wird, und mit einem ebenfalls mit einer Rillenstruktur versehenen Übergangsabschnitt besteht, dessen innerer lichter Querschnitt von dem des Hybridmodenanregungsteils auf den Querschnitt der Hornapertur übergeht.
- Rillenhornstrahler werden als Primärstrahler in Reflektorantennen eingesetzt. Sie zeichnen sich aus durch einen geringen Kreuzpolarisationspegel, durch Reflexionsfreiheit, gute Nebenkeulenunterdrückung und durch eine rotationssymmetrische Strahlungskeule (E-H-Angleich der Keulenschnitte). Diese guten Eigenschaften sollte ein Rillenhornstrahler in einem möglichst breiten Frequenzbereich aufweisen.
- Ein einleitend dargelegter Rillenhornstrahler ist aus den NTG Fachberichten, Band 57, 1977, Seite 97 bis 101 bekannt. Bei dem in dieser Literaturstelle beschriebenen Rillenhornstrahler besitzen sowohl das Hybridmodenanregungsteil als auch die Hornapertur eine runde Querschnittsform. Folglich hat auch der Übergangsabschnitt zwischen dem Hybridmodenanregungsteil und der Hornapertur einen runden Querschnitt. Mit dieser Anordnung kann ein kreisförmiges Strahlungsfeld erzeugt werden.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Rillenhornstrahler der eingangs genannten Art anzugeben, der in der Lage ist, ein sehr breitbandiges, doppelt polarisiertes Strahlungsfeld von elliptischer Form zu erzeugen.
- Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Hornapertur einen elliptischen Querschnitt hat, dass der Übergangsabschnitt in einer ersten Zone auf einen elliptischen Querschnitt übergeht, der das gleiche Achsenverhältnis wie der elliptische Hornaperturquerschnitt aber nahezu die gleiche Grösse wie der Querschnitt des Hybridmodenanregungsteils besitzt, und dass der Übergangsabschnitt sich in einer zweiten Zone auf die Grösse des Hornaperturquerschnitts aufweitet.
- Zweckmässige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- 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 HE,1-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 Endquerschnittdieser 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 Querschnittsachsen a(z) und b(z) entlang der z-Achse. Die Querschnittsachse a(z) steigt von a1 = ao in der z,-Ebene am Ende des Anregungsteils 1 auf den Wert a2 in der zz-Ebene am Ende der Übergangszone 2 an. Die Querschnittsachse b(z) erfährt bis zur Ebene Z2 keine Änderung; es gilt b2 = b1 = bo. 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. la, 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 2616125 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 Hybridwellenüberführung 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, der in zwei Polarisationen identische Phasendrehungen aufweist.
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