Hornstrahler Horn blaster
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hornstrahler zur Fokuserregung einer Reflektorantenne, mit einem im ausgangsseitigen Endbereich eines rohrförmigen Speisehohlleiters angeordneten Hornflansch, der sich von seinem am Speisehohlleiter gelegenen Hornschlund aus trichterförmig erweitert und auf seiner Trichterinnenseite parallel zur Achse des Speisehohlleiters ausgerichtete Rillen aufweist.The invention relates to a horn radiator for the focus excitation of a reflector antenna, with a horn flange arranged in the output-side end region of a tubular feed waveguide, which flanges out in a funnel shape from its horn throat located on the feed waveguide and has grooves aligned on its inside of the funnel parallel to the axis of the feed waveguide.
Bei einem derartigen bekannten Hornstrahler (DE-OS 3 144 319), bei dem der Speisehohlleiter mit dem Hornschlund bündig abschließt, wird durch die achsparallele Ausrichtung der die Längsachse des Speisehohlleiters koaxial umgebenden Rillen der Trichterinnenseite eine Struktur angestrebt, die auf einfache Weise eine möglichst maßgenaue Fertigung der Rillen ermöglicht. Insbesondere soll eine derartige
genaue Bemessung der Rillen erreicht werden, daß eine hohe Unterdrückung der Kreuzpolarisation stattfindet. Der bekannte Hornstrahler ist damit speziell darauf abgestimmt, ein Strahlungsdiagramm mit möglichst geringer Kreuzpolarisation zu liefern, wogegen die Flächenausleuchtung oder Belegung der von dem Hornstrahler zu erregenden Reflektorantenne weniger gewichtig ist.In such a known horn radiator (DE-OS 3 144 319), in which the feed waveguide is flush with the horn throat, the axially parallel alignment of the grooves coaxially surrounding the longitudinal axis of the feed waveguide strives for a structure which is as simple as possible as accurate as possible Production of the grooves enables. In particular, such exact dimensioning of the grooves can be achieved that a high suppression of cross polarization takes place. The known horn radiator is thus specially designed to provide a radiation diagram with as little cross polarization as possible, whereas the surface illumination or assignment of the reflector antenna to be excited by the horn radiator is less important.
Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, die Ausleuchtung tiefer Reflektorantennen oder Spiegel, insbesondere mit einem Verhältnis f/D<0.35, wobei f die Brennweite und D die Öffnung des Spiegels ist, derart zu verbessern, daß unter Beibehaltung einer möglichst geringen Kreuzpolarisation ein hoher FlächenWirkungsgrad bei niedrigem Überstrahlungswirkungsgrad und hoher Nebenzipfeldämpfung erreicht wird.The object of the invention, however, is to improve the illumination of deep reflector antennas or mirrors, in particular with a ratio f / D <0.35, where f is the focal length and D is the opening of the mirror, in such a way that a high cross polarization is maintained while maintaining the lowest possible cross polarization Area efficiency is achieved with low overexposure efficiency and high secondary attenuation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zwischen der Längsachse des Speisehohlleiters und der Trichterinnenseite eingeschlossene halbe Öffnungswinkel θo des Hornflansches im Bereich von 70°<θo <80° liegt und der Speisehohlleiter vom TE11 -Wellentyp aus dem Hornschlund vorsteht, wobei dieser Hohlleiterüberstand auf eine der Apertur des Spiegels der Reflektorantenne entsprechende optimale Breite des Strahlungsdiagramms des Hornstrahlers eingestellt wird.This object is achieved in that the half opening angle θ o of the horn flange enclosed between the longitudinal axis of the feed waveguide and the inside of the funnel is in the range of 70 ° <θ o <80 ° and the feed waveguide of the TE 11 -wave type protrudes from the horn throat, whereby this waveguide projection is set to an optimal width of the radiation pattern of the horn, which corresponds to the aperture of the mirror of the reflector antenna.
Hinsichtlich der Ausleuchtung oder Belegung der Reflektorantenne, d.h. des Spiegels, bestünde der Idealzustand darin, eine gleichmäßige Ausleuchtungsfeidstärke auf dem gesamten Spiegel mit sprunghaftem Feldstärkeabfallauf Null am Spiegelrand zur Verfügung zu stellen. Dies würde voraussetzen, daß der erregende Hornstrahler eine rötationskegelf örmige Strahlungscharakteristik aufweist, die innerhalb ihres der Öffnung des Spiegels entsprechenden Öffnungswinkels eine konstante Ausleuchtungsfeld
stärke
- Dieser Idealfall kann jedoch nicht verwirklich: werden und die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung wird Insbesonderebei tiefen Spiegeln immer schwieriger. Tiefe Spiegel mit f/D <0,35 sind aber deswegen erstrebenswert, well der den Erreger bildende Hornstrahler dabei stärker gegen Bodenstrahlung, d.h. thermisches Zusatzrauschen. angeschirmt wird als bei flachen Spiegeln, überraschend hat sich jedoch gezeigt, daß durch die erfindungsgemaße Bemessung des Öffnungswinkels des Hornflansches und die geeignete Anpassung des Speisehohlleiterüberstandes gegenüber dem Hornschlund ungewöhnlich günstige Ausleuchtungseigenschaften erreicht werden können die beispielsweise einen Flächenwirkungsgrad von 50 bis 60%, einen sehr hohen Überstrahlungswirkungsgrad (Überstrahlung des Spiegelrandes etwa 2% ) und eine hohe Nebenzipfeldämptυng von etwa 25 dB beinhalten. Da außerdem die Kreuzpolarisation stark unterdrückt ist, d.h. die Strahlungscharakteristik praktisch zylindersymmetrisch ist, eignet sich der erfindungsgemäße Hornstrahler insbesondere für zirkularpolarisierte Wellen, wie sie beispielsweise von Fernsehsatellitensendern im direktstrahlenden Bereich abgestrahlt werden. Die Festlegung der vorstehend genannten Größen: Flächenwirkungsgrad. Überstrahlungswirkungsgrad und Nebenzipfeldämpfung folgt dabei den auf dem Fachgebiet de r Antennen üblichen Definitionen, wie sie beispielsweise JOHNSON. R.C., JASIK H., Antenna Engineering Handbook, McGraw Hill New York. 1984. Seite 1-5 bis 1-7 oder RUDGE . A.W., MILNE, K., OLVER, A.D., KNIGHT, P., The Handbook of Antenna Design, Peregrinus, London, 1982, Vol. 1, Seite 21-24 beinhalten.With regard to the illumination or assignment of the reflector antenna, ie the mirror, the ideal state would be to provide a uniform field of illumination on the entire mirror with a sudden drop in field strength to zero at the edge of the mirror. This would presuppose that the exciting horn emitter has a cone-shaped radiation characteristic that has a constant illumination field within its opening angle corresponding to the opening of the mirror Strength However, this ideal case cannot be realized: the uniformity of the illumination becomes more and more difficult, especially with deep mirrors. However, deep mirrors with f / D <0.35 are desirable because the horn emitter forming the pathogen is stronger against ground radiation, ie additional thermal noise. is shielded than with flat mirrors, but surprisingly it has been shown that the inventive dimensioning of the opening angle of the horn flange and the suitable adaptation of the feed waveguide projection compared to the horn throat can achieve unusually favorable illumination properties, for example an area efficiency of 50 to 60%, a very high one Overexposure efficiency (overexposure of the mirror edge about 2%) and a high auxiliary zip field attenuation of about 25 dB. Since, in addition, the cross polarization is strongly suppressed, ie the radiation characteristic is practically cylindrical symmetry, the horn emitter according to the invention is particularly suitable for circularly polarized waves, such as those emitted by television satellite transmitters in the direct radiation range. The definition of the above-mentioned quantities: area efficiency. Overexposure efficiency and secondary zip field attenuation follow the definitions customary in the field of antennas, such as that used for example by JOHNSON. RC, JASIK H., Antenna Engineering Handbook, McGraw Hill New York. 1984. Pages 1-5 to 1-7 or RUDGE. AW, MILNE, K., OLVER, AD, KNIGHT, P., The Handbook of Antenna Design, Peregrinus, London, 1982, Vol. 1, pages 21-24.
B esonders gute Ergebnisse werden für tiefe Spiegel in einem engeren Winkelbereich des Hornflansches erzielt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der halbe Öffnungswinkel θo im Bereich von 73° ≤ θo ≤76° liegt.Particularly good results are achieved for deep mirrors in a narrower angular range of the horn flange, which is characterized in that half the opening angle θ o is in the range of 73 ° ≤ θ o ≤76 °.
Ähnlich wurde auch für die Einstellung des Hohl-
leiterüberstandes ein bevorzugter Bereich gefunden, welcher derart bemessen ist, daß der Hohlleiterüberstand im Bereich von - 0.25
£ • 0.35 liegt, wobei
die Betriebswellenlänge und L der senkrechte Abstand zwischen der Aperturebene des Hornflansches und der Aperturebene des Hohlleiters ist und das Vorzeichen für außerhalb des zwischen dem Hornflansch und seiner Aperturebene eingeschlossenen Trichter innenrauirs gelegene Abstände L positiv und für innerhalb des Trichterinnenraums gelegene Abstände L negativ gewählt ist.Similarly, for the adjustment of the hollow a preferred range was found, which is dimensioned such that the waveguide projection in the range of - 0.25 £ • 0.35 is where the operating wavelength and L is the vertical distance between the aperture level of the horn flange and the aperture level of the waveguide, and the sign is chosen to be positive for the distances L located outside the funnel between the horn flange and its aperture level, and negative for distances L inside the funnel interior.
Insbesondere ist die Erfindung in Zusammenhang mit einem Hornstrahler anwendbar, bei dem der Speisehohlleiter ein Rundhohlleiter ist. In diesem Zusammenhang erweist es sich sodann als zweckmäßig, daß der Hornflansch bezüglich der Achse des Speisehohlleiters rotationssymmetrisch ist. Insbesondere besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß der Hornflansch die Form des Mantels eines Rotationskegels aufweist.In particular, the invention can be used in connection with a horn, in which the feed waveguide is a round waveguide. In this context, it then proves to be expedient for the horn flange to be rotationally symmetrical with respect to the axis of the feed waveguide. In particular, a preferred embodiment is that the horn flange has the shape of the casing of a rotation cone.
Im Rahmen der Erfindung ist nicht nur vorgesehen, daß der Hohlleiterüberstand eine einmalige und bleibende Einstellung erfährt, sondern es ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens auch die Möglichkeit geschaffen worden, das Maß des Hohlleiterüberstandes bei Bedarf zu ändern und neu einzustellen. Diese weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß der Hornflansch auf dem Speisehohlleiter axial verschieblich ist.In the context of the invention, it is not only provided that the waveguide protrusion experiences a unique and permanent setting, but in a further development of the inventive idea, the possibility has also been created to change the dimension of the waveguide protrusion as necessary and to readjust it. This further embodiment is characterized in that the horn flange is axially displaceable on the feed waveguide.
Zur konstruktiven Durchführung dieses Gedankens ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Hornflansch an einer auf dem Außenmantel des Speisehohlleiters formschlüssig geführten Hülse angeordnet ist. Hierdurch wird die hochfrequenzmäßige Verbindung des Hornflansches mit dem Speisehohlleiter sichergestellt und gleichzeitig eine Änderung des Hohlleiterüberstandes durch Verschiebung des Hornflansches ermöglicht.
Vorzugsweise ist zur Sicherstellung einer definierten hochfrequenzmäßigen Verbindung der Hornflansch mit einer auf dem Hohlleiteraußenmantel schleifenden Kontaktfeder verbunden.For the constructive implementation of this idea, it is provided in one embodiment of the invention that the horn flange is arranged on a sleeve which is positively guided on the outer jacket of the feed waveguide. This ensures the high-frequency connection of the horn flange to the feed waveguide and at the same time enables a change in the waveguide projection by shifting the horn flange. To ensure a defined high-frequency connection, the horn flange is preferably connected to a contact spring sliding on the outer waveguide jacket.
Zur Durchführung einer genau steuerbaren Verschiebung des Hornflansches auf dem Hohlleiter ist in einer praktischen Ausführungsform ferner eine elektrische Antriebseinrichtung für die Verschiebebewegung des Hornflansches vorgesehen. Diese ist zweckmäßig derart ausgebildet, daß der Hornflansch eine sich parallel zur Achse des Speisehohlleiters erstreckende Zahnstange aufweist, die mit einem von einem Elektromotor angetriebenen, bezüglich des Speisehohlleiters ortsfesten Zahnrad kämmt.To carry out a precisely controllable displacement of the horn flange on the waveguide, an electric drive device for the displacement movement of the horn flange is also provided in a practical embodiment. This is expediently designed in such a way that the horn flange has a toothed rack which extends parallel to the axis of the feed waveguide and meshes with a gearwheel which is driven by an electric motor and is stationary with respect to the feed waveguide.
Schließlich wurden für praktische Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hornstrahlers bestimmte, auf die Betriebswellenlänge normierte Abmessungsbereiche als besonders zweckmäßig gefunden. Diese bestehen darin, daß der Außendurchmesser des Hornflansches dges, der Innendurchmesser des Hohlleiters
die axiale Rillentiefe s, der radiale Rillenabstand b und die radiale Rillendicke t in den BereichenFinally, certain dimensional ranges standardized to the operating wavelength were found to be particularly expedient for practical exemplary embodiments of the horn emitter according to the invention. These are that the outer diameter d of the Hornflansches ges, the inner diameter of the waveguide the axial groove depth s, the radial groove distance b and the radial groove thickness t in the areas
liegen , wobei die Betriebs
p Wel lenlänge is t .
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile derlie, the operating p wavelength is t. Other features, details and advantages of
Erfindung ergeben sich aus αer folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichenInvention emerge from the following description and the drawing, with respect to an essential to the invention
Offenbarungen aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird. Hierin zeigen:Disclosure of all details not mentioned in the text is expressly noted. Show here:
Fig. 1 eine teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines Hornstrahlers,1 is a partially longitudinally sectioned side view of a horn,
Fig. 2 ein E- und H-Ebenen-Diagramm des Hornstrahlers, wobei auf der Abszisse der gegen die Längsachse des Speisehohlleiters gemessene Abstrahlungswinkel und auf der Ordinate die unter diesem Winkel abgestrahlte Leistung aufgetragen ist, und2 shows an E and H plane diagram of the horn, the radiation angle measured against the longitudinal axis of the feed waveguide being plotted on the abscissa and the power radiated at this angle being plotted on the ordinate, and
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Lage des Phasenzentrums des Hornstrahlers. wobei in Fig. 3(a) die Lage des Phasenzentrums in Abhängigkeit vom Hohlleiterüberstand und in Fig. 3(b) die auf der Abszisse und der Ordinate aufgetragenen Größen veranschlaulicht sind.Fig. 3 is a graphical representation of the position of the phase center of the horn. in Fig. 3 (a) the position of the phase center as a function of the waveguide projection and in Fig. 3 (b) the sizes plotted on the abscissa and the ordinate.
Gemäß Fig. 1 weist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneter Hornstrahler einen Speisehohlleiter 2 vom TE11-Wellentyp auf. der in Form eines Rundhohlleiters mit zylindrischem Innenquerschnitt ausgebildet ist. Der auf die Betriebswellenlänge J
normierte Innendurchmesser desAccording to FIG. 1, a horn emitter designated as a whole by reference number 1 has a feed waveguide 2 of the TE 11 wave type. which is designed in the form of a circular waveguide with a cylindrical inner cross section. The on the operating wavelength J standardized inside diameter of the
Rundhohlleiters ist in Fig. 1 mit bezeichnet. Der
Round waveguide is designated in Fig. 1 with. The
Außenmantel 3 des Rundhohlleiters ist in seinem der in Fig.Outer jacket 3 of the circular waveguide is in its the in Fig.
1 rechts befindlichen Mikrowelleneinspeisungsseite abgewandten freien Endbereich als Gleitfläche ausgebildet, die sich axial von dem die Aperturebene 4 des Speisehohlleiters 2 festlegenden, offenen freien Ende 5 des Speisehohlleiters1 on the right-hand side of the microwave feed side, the free end region is designed as a sliding surface that extends axially from the open free end 5 of the feed waveguide that defines the aperture level 4 of the feed waveguide 2
2 bis zu einer Ringschulter 6 des Außenmantels 3 erstreckt. Auf dem die Gleitfläche bildenden Endbereich des Außenmantels 3 ist ein Hornflansch 7 angeordnet, der eine auf der Gleitfläche formschlüssig geführte Hülse 8 aufweist, die den Außenmantel 3 des Speisehohlleiters 2 ringförmig umgibt. Zur Sicherstellung eines definierten Hochfrequenz
kontaktes zwischen der Hülse 8 und dem Speisehohlleiter 2 ist in einer zum Außenmantel /offenen Ausnehmung 9 der Hülse2 extends up to an annular shoulder 6 of the outer jacket 3. On the end area of the outer casing 3 which forms the sliding surface, a horn flange 7 is arranged which has a sleeve 8 which is guided in a form-fitting manner on the sliding surface and which surrounds the outer casing 3 of the feed waveguide 2 in a ring shape. To ensure a defined radio frequency Contact between the sleeve 8 and the feed waveguide 2 is in a to the outer jacket / open recess 9 of the sleeve
8 eine blattförmige Kontaktfeder 10 angeordnet, die unter Federandruck auf der Gleitfläche des Außenmantels 3 anliegt.8 a leaf-shaped contact spring 10 is arranged, which rests under spring pressure on the sliding surface of the outer casing 3.
Der bezüglich der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 11 bezeichneten zentralen Achse des Speisehohlleiters 2 rotationssymmetrische Hornflansch 7 erstreckt sich ausgehend von der Hülse 8 trichterförmig radial nach außen, wobei sich die Trichterform zum ausgangsseitigen freien Ende 5 des Speisehohlleiters 2 hin öffnet und mit der zentralen Achse 11 einen halben Öffnungswinkel θo einschließt. In der Trichterinnenseite des Hornflansches 7 sind Ausnehmungen in Form von bezüglich der zentralen Achse 11 konzentrischen Rillen 12 mit axialschnittlich rechteckigem Querschnitt von gleicher axialer Tiefe und gleicher radialer Weite vorgesehen. Die auf die Betriebswellenlänge normierte radiale Weite
dieser Rillen 12 ist in Fig. 1 mit b bezeichnet. Die
einzelnen Rillen 12 sind durch axialschnittlich achsparallele Trennwände 13 in Form von ebenfalls bezüglich der zentralen Achse 11 konzentrischen Ringen gebildet, die eineinstückige Bestandteile des Hornflansches 7 darstellen. Die auf die Betriebswellenlänge L normierte radiale Dicke dieser Trennwände 13 ist in Fig. 1 mit t/
bezeichnet. Außerdem bezeichnet in Fig. 1 d
den auf die Betriebsweilenlänge normierten Außendurchmesser des Speisehohlleiters 2 im Bereich der auf dem Außenmantel 3 ausgebildeten zylindrischen Gleitfläche.The horn flange 7, which is rotationally symmetrical with respect to the central axis of the feed waveguide 2 in FIG. 1, extends radially outward from the sleeve 8, the funnel shape opening towards the free end 5 of the feed waveguide 2 on the outlet side and with the central one Axis 11 includes a half opening angle θo. In the inside of the horn of the horn flange 7, recesses are provided in the form of grooves 12 concentric with respect to the central axis 11 and having an axially sectional rectangular cross section of the same axial depth and the same radial width. The radial width standardized to the operating wavelength these grooves 12 are denoted by b in FIG. 1. The individual grooves 12 are formed by axially parallel axially parallel partition walls 13 in the form of rings which are also concentric with respect to the central axis 11 and which are integral components of the horn flange 7. The radial thickness of these partition walls 13 standardized to the operating wavelength L is shown in FIG. 1 as t / designated. In addition, in Fig. 1 d the outer diameter of the feed waveguide 2 standardized to the length of operation in the region of the cylindrical sliding surface formed on the outer jacket 3.
Somit sind in dem Hornflansch 7 durch die dargestellten fünf Trennwände 13 von gleicher radialer Wandstärke 5 derartige Rillen 12 voneinander getrennt, wobei die die axiale Tiefe der Rillen 12 bestimmenden Trennwände 13 jeweils die gleiche axiale Länge aufweisen, die bei Normierung auf die Betriebswellenlänge in Fig. 1 mit
s bezeichnet ist. Die radial äußerste Rille 12' ist außen durch die zylindrische Außenwand 14 des Hornflansches 7 begrenzt, welche die gleiche radiale Dicke und die gleiche
axiale Länge aufweist wie die Trennwände 13. Zwischen der radial innersten Trennwand 13' und dem die Gleitfläche bildenden Außenmantel 3 des Speisehohlleiters 2 ist eine weitere ringförmige Ausnehmung 15 von axialschnittlich rechteckiger Form begrenzt, welche dieselbe radiale Weite aufweist wie die Rillen 12, 12'.Thus, such grooves 12 are separated from one another in the horn flange 7 by the illustrated five partition walls 13 of the same radial wall thickness 5, the partition walls 13 determining the axial depth of the grooves 12 each having the same axial length, which when normalized to the operating wavelength in FIG. 1 with s is designated. The radially outermost groove 12 'is delimited on the outside by the cylindrical outer wall 14 of the horn flange 7, which has the same radial thickness and the same has an axial length like the dividing walls 13. Between the radially innermost dividing wall 13 'and the outer jacket 3 forming the sliding surface of the feed waveguide 2, a further annular recess 15 of axially sectional rectangular shape is delimited, which has the same radial width as the grooves 12, 12'.
Die zum freien Ende 5 des Speisehohlleiters 2 weisenden freien Enden 16 der Trennwände 13, 13' sowie der zylindrischen Außenwand 14 liegen somit auf einer in Fig. 1 angedeuteten Geraden 17, die mit der zentralen Achse 11 des Speisehohlleiters 2 den halben Öffnungswinkel θo des Hornflansches einschließt. Somit sind. diese freien Enden 16 jeweils um einen in Fig. 1 mit Δs bezeichneten Abstand gegeneinander versetzt. Die radial ausgerichteten Bodenflächen 18, 18' der Rillen 12, 12' und der ringförmigen Ausnehmung 15 sind demzufolge um den gleichen Betrag Δs axial gegeneinander versetzt. Die den freien Enden 16 entgegengesetzte Rückseite 19 des Hornflansches 7 ist axialschnittlich gesehen zur Geraden 17 parallel. Durch diese Ausgestaltung des Hornflansches ist ein Hornstrahler vom Hybridwellentyp gebildet. Der halbe Öffnungswinkel θo des Hornflansches liegt dabei im Bereich 70° < θo<80°, vorzugsweise in dem engeren Bereich von 73°≤ θo ≤76°.The free ends 16 of the dividing walls 13, 13 'and the cylindrical outer wall 14 facing the free end 5 of the feed waveguide 2 thus lie on a straight line 17 indicated in FIG. 1, which with the central axis 11 of the feed waveguide 2 is half the opening angle θ o of Horn flange includes. So are. these free ends 16 are each offset from one another by a distance denoted by Δ s in FIG. 1. The radially aligned bottom surfaces 18, 18 'of the grooves 12, 12' and the annular recess 15 are consequently axially offset from one another by the same amount Δ s . The rear side 19 of the horn flange 7 opposite the free ends 16 is, seen in axial section, parallel to the straight line 17. This configuration of the horn flange forms a hybrid wave-type horn. Half the opening angle θ o of the horn flange is in the range 70 ° <θ o <80 °, preferably in the narrower range of 73 ° ≤ θ o ≤76 °.
Die der Rückseite 19 entgegengesetzte Vorderseite des Hornstrahlers 1 ist mit einer dielektrischen Schutzabdeckung 20, etwa von zum Hornflansch 7 bezüglich einer Radiaϊebene spiegelbildlicher Gestalt, abgeschlossen. Die Wandstärke der Schutzabdeckung 20 weist eine in Bezugauf die Betriebswellenlänge -Λ. kleine Dicke auf. Die auf
die Betriebswellenlänge normierte Dicke ist in Fig. 1 mit td /λ0 bezeichnet.
Wie weiter aus Fig. 1 hervorgeht, steht das dieThe front of the horn radiator 1 opposite the rear side 19 is closed off with a dielectric protective cover 20, for example of a mirror-image shape with respect to the horn flange 7 with respect to a radial plane. The wall thickness of the protective cover 20 has a -Λ with respect to the operating wavelength. small thickness on. The on the operating wavelength standardized thickness is designated in FIG. 1 with t d / λ 0 . As is further apparent from Fig. 1, this is the
Aperturebene 4 festlegende freie Ende 5 gegenüber dem durch die Schnittlinie 21 der Geraden 17 mit dem Speisehohlleiter 2 gebildeten Hornschlund vor. Dieser Hohlleite. überstand ist in Fig.1 durch den auf die Betriebswellenlänge normierten axialen Abstand L/ 0zwisehen der
durch das freie Ende 5 des Speisehohlleiters 2 bestimmten Aperturebene 4 des Speisehohlleiters 2 und der durch das freie Ende 16 der zylindrischen Au*ßenwand 14 des Hornflansches 7 bestimmten radialen Aperturebene 22 des Hornflansches 7 ausgedrückt. Als bevorzugter Bereich für den Hohlleiterüberstand wurde experimentell das Intervall - 0 , 25 ___ L
+ 0,35 gefunden, wobei das Vorzeichen positiv gewählt ist, wenn die Aperturebene 4 des Speisehohlleiters 2 außerhalb des zwischen der Aperturebene 22 des Hornflansches 7 und den Bodenflächen 18, 18' des Hornflansches 7 eingeschlossenen Raumes liegt und negativ gewählt ist, wenn die Aperturebene 4 des Speisehohlleiters 2 innerhalb dieses Raumes liegt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Hohlleiterüberstand ist demnach das Vorzeichen positiv.Aperture level 4 defining free end 5 in front of the horn throat formed by the section line 21 of the straight line 17 with the feed waveguide 2. This hollow guide. The overlap is shown in FIG. 1 by the axial distance L / 0 standardized to the operating wavelength by the free end 5 of the feed waveguide 2 determined aperture plane 4 of the feed waveguide 2 and by the free end 16 of the cylindrical outer wall 14 of the horn flange 7 determined radial aperture plane 22 of the horn flange 7. The preferred range for the waveguide projection was experimentally the interval -0.25 ___ L + 0.35 found, the sign chosen to be positive if the aperture level 4 of the feed waveguide 2 lies outside the space enclosed between the aperture level 22 of the horn flange 7 and the bottom surfaces 18, 18 'of the horn flange 7 and is chosen to be negative if the aperture level 4 of the feed waveguide 2 lies within this space. In the case of the waveguide projection shown in FIG. 1, the sign is accordingly positive.
Wie schließlich aus Fig. 1 noch hervorgeht, ist eine elektrische Antriebseinrichtung für die Verschiebebewegung des Hornflansches 7 auf dem Speisehohlleiter 2 vorgesehen. Diese weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine mit der Hülse 8 verbundene, sich axial erstreckende Zahnstange 23 auf, die mit einem von einem Elektromotor angetriebenen Zahnrad 24 kämmt. Der Elektromotor und das Zahnrad 24 sind durch ein Halteteil 25 ortsfest gelagert, das an einem radialen Flanschteil 26 an der Außenseite des Speisehohlleiters 2 festgelegt ist. Somit kann der Motor durch ein elektrisches Signal zu einer gesteuerten Drehung angeregt und dadurch der Hornflansch 7 auf dem Speisehohlleiter 2 axial verschoben werden.
Durch Versuchsreihen wurde festgestellt, daß bei der vorstehend angegebenen Bemessung des halben Öffnungswinkels θo des Hornflansches 7 der HohlleiterüberstandAs can finally be seen from FIG. 1, an electrical drive device for the displacement movement of the horn flange 7 on the feed waveguide 2 is provided. In the exemplary embodiment shown, this has an axially extending toothed rack 23 which is connected to the sleeve 8 and meshes with a toothed wheel 24 driven by an electric motor. The electric motor and the gearwheel 24 are fixed in place by a holding part 25 which is fixed to a radial flange part 26 on the outside of the feed waveguide 2. The motor can thus be excited to a controlled rotation by an electrical signal and the horn flange 7 on the feed waveguide 2 can thereby be axially displaced. It was determined by series of tests that in the above-mentioned dimensioning of half the opening angle θ o of the horn flange 7, the waveguide protrusion
L derart eingestellt werden kann, daß ein hoher FlächenWirkungsgrad mit hoher Nebenzipfeldämpfung und nur sehr kleiner Überstrahlung selbst für den Fall tiefer Spiegel, d.h. Spiegel, bei denen das Verhältnis von Brennweite f zur durch den Durchmesser des Spiegels bestimmten Apertur < 0,35 ist (f/D < 0,35). Insbesondere wurden diese Versuche anhand verschiedener praktischer Modelle ausgeführt, bei denen der Gesamtdurchmesser dges des Hornflansches 7 normiert auf die Betriebswellenlänge
im Bereich 1,86≤ dges /
≤ 3,6 lag und die in Fig. 1.. definierten übrigen Abmessungen in den folgenden Bereichen lagen: .
L can be set in such a way that a high surface efficiency with high secondary lobe attenuation and only very little overexposure even in the case of deep mirrors, ie mirrors in which the ratio of focal length f to the aperture determined by the diameter of the mirror is <0.35 (f / D <0.35). In particular, these tests were carried out using various practical models in which the total diameter dges of the horn flange 7 normalized to the operating wavelength in the range 1,86≤ d tot / ≤ 3.6 and the other dimensions defined in Fig. 1 .. were in the following ranges:.
Ein derartiges Meßergebnis ist für eine Betriebsfrequenz von 10,69 GHz, also eine Betriebsfrequenz im X-Band, dargestellt. Der halbe Öffnungswinkel θo des Hornflansches betrug dabei θo = 73,5° und der Hohlleiterüberstand L = 2 mm. Auf der Abszisse ist der gegen die Längsmi telachse des Speisehohlleiters gemessene Abstrahlungswinkel und auf der Ordinate die unter diesem Winkel abgestrahlte Leistung in relativen Einheiten aufgetragen. Dabei geben die mit E und H bezeichneten Kurven jeweils die Meßwerte für die E- und H-Ebene wieder.Such a measurement result is shown for an operating frequency of 10.69 GHz, ie an operating frequency in the X-band. Half the opening angle θ o of the horn flange was θ o = 73.5 ° and the waveguide projection L = 2 mm. The radiation angle measured against the longitudinal axis of the feed waveguide is plotted on the abscissa and the power radiated at this angle is plotted in relative units on the ordinate. The curves labeled E and H represent the measured values for the E and H planes.
Üblicherweise wird für die Randbelegung des Spiegels der Reflektorantenne ein Intensitätsabfall von - 14 dB gegenüber der zentralen Belegung als annehmbar erachtet. Unter Zugrundelegung dieses Kompromißwertes folgt aus Fig. 2, daß mit dem dort verwendeten Hornstrahler ein Spiegel mit einer Winkelöffnung von - 86° bis + 86° befriedigend ausgeleuchtet werden kann. Außerdem
ist gemäß Fig. 2 innerhalb dieser - 14 dB-Randbelegung die Abweichung zwischen der E-Ebene und der H-Ebene jedenfalls kleiner als 2 dB und genügt somit den üblichen Symmetrieforderungen für das Strahlungsdiagramm. Wie die Versuche ferner gezeigt haben, kommt es, wenn der Bereich 70° < θo < 80° verlassen wird, zu einer unzulässigen Symmetrieverschlechterung der E-Ebene gegen die H-Ebene. Außerdem findet eine starke Verengung des innerhalb der - 14 dB-Randbelegung liegenden Winkelbereiches statt.Usually, a drop in intensity of - 14 dB compared to the central assignment is considered acceptable for the edge assignment of the mirror of the reflector antenna. On the basis of this compromise value, it follows from FIG. 2 that a mirror with an angular aperture of -86 ° to + 86 ° can be satisfactorily illuminated with the horn radiator used there. Moreover 2 within this - 14 dB edge assignment, the deviation between the E level and the H level is in any case less than 2 dB and thus meets the usual symmetry requirements for the radiation diagram. As the experiments have further shown, if the area is left 70 ° <θ o <80 °, there is an inadmissible deterioration in the symmetry of the E plane against the H plane. In addition, there is a sharp narrowing of the angular range lying within the - 14 dB margin.
Schließlich haben die Versuche gezeigt, daß der beschriebene Hornstrahler sehr gute Bandbreiteneigenschaften besitzt. Beispielsweise haben die Messungen ergeben, daß die in der E-Ebene und der H-Ebene gemessene Leistung über eine Diagrammbandbreite von etwa 20% der Mittenfrequenz einen im wesentlichen flachen Frequenzgang aufweist. Die maximale Kreuzpolarisation ist besser als - 18 dB im Vergleich zum Hauptkeulenmaximum der Nutzpolarisation. Die relative ImpedanzBandbreite solcher Efrreger kann durch Einsetzen einer schmalstegigen Blende etwa 1/4 der Hohlleiter-Wellenlänge nach innen von der Rundhohlleiter-Apertur 5 versetzt im Bereich ± 5% unter -20 dB ( Rückflußdämpfung) gehalten werden.Finally, the experiments have shown that the horn described has very good bandwidth properties. For example, the measurements have shown that the power measured in the E-plane and the H-plane has a substantially flat frequency response over a diagram bandwidth of approximately 20% of the center frequency. The maximum cross polarization is better than -18 dB compared to the main lobe maximum of the useful polarization. The relative impedance bandwidth of such exciters can be kept offset from the round waveguide aperture 5 in the range of ± 5% below -20 dB (return loss) by inserting a narrow-band aperture approximately 1/4 of the waveguide wavelength.
Um den durch den Hornstrahler in der vorstehend beschriebenen Weise erzielbaren hohen Flächenwirkungsgrad bei einer Reflektorantenne tatsächlich auszunutzen, ist es erforderlich, das Phasenzentrum des Hornstrahlers 1 in die Airyzone des Reflektorspiegels, also in dessen Brennzone zu verlegen. Wie jedoch aus Fig. 3 hervorgeht, ändert sich bei einer Verschiebung des Hornflansches 7 auf dem Speisehohlleiter 2 gleichzeitig auch die Lage des Phasenzentrums p.c. auf der zentralen Achse 11 desIn order to actually take advantage of the high surface efficiency which can be achieved by the horn radiator in the manner described above in a reflector antenna, it is necessary to move the phase center of the horn radiator 1 into the Airyzone of the reflector mirror, that is to say in its focal zone. However, as can be seen from FIG. 3, when the horn flange 7 is displaced on the feed waveguide 2, the position of the phase center p.c. on the central axis 11 of the
Speisehohlleiters 2. Im einzelnen ist oberhalb der Abszisse des in Fig. 3a dargestellten Kurvendiagramms der auf die Betriebswellenlänge normierte Überstand L/ darge
stellt, wobei in Fig. 3b die Definition der Größe L als Abstand zwischen der Aperturebene 4 des Speisehohlleiters 2 und der Aperturebene 22 des Hornflansches 7 noch einmal verdeutlicht ist. Die unterhalb der Abszisse von Fig. 3 angegebenen Zahlenwerte stellen den halben Öffnungswinkel dar, bei dem die Belegung des Spiegels auf die üblicherweise zum Vergleich herangezogene Randbelegung von - 14 dB abgesunken ist. Die Ordinate des Kurvendiagramms von Fig. 3a gibt die auf die Betriebswellenlänge J o normierte Lage zpc/
o des Phasenzentrums auf derFeed waveguide 2. Specifically, above the abscissa of the curve diagram shown in FIG. 3a, the projection L / darge normalized to the operating wavelength is shown 3b, the definition of the size L as the distance between the aperture level 4 of the feed waveguide 2 and the aperture level 22 of the horn flange 7 is clarified again in FIG. 3b. The numerical values given below the abscissa of FIG. 3 represent half the opening angle at which the occupancy of the mirror has dropped to the marginal occupancy of -14 dB, which is usually used for comparison. The ordinate of the curve diagram of FIG. 3a gives the position z pc / normalized to the operating wavelength J o o of the phase center on the
Achse 11 des Speisehohlleiters 2 in bezug auf die Aperturebene 22 des Hornflansches 7 an, was ebenfalls in Fig. 3b veranschaulicht ist.Axis 11 of the feed waveguide 2 with respect to the aperture plane 22 of the horn flange 7, which is also illustrated in FIG. 3b.
Wie aus den zu der -14 dB Randbelegung gehörenden Werten für den halben Öffnungswinkel des Spiegels zu
entnehmen ist, nimmt mit wachsender DeJustierung des Phasenzentrums dieser Öffnungswinkel rasch ab, wobei in dem Diagramm eine Abnahme von 85° auf 60° dargestellt ist. Daher ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, daß der Hornstrahler 1 bei vorgegebener Einstellung des Hornflansches 7 in der Reflektorantenne verschieblich angeordnet ist, damit er längs der Achse 11 des Speisehohlleiters 2 relativ zum Spiegel der Reflektorantenne verschoben und damit stets in die zentrale Airyzone oder Brennkugel des Spiegels verschoben werden kann. Für diese Nachführung kann beispielsweise eine in Fig. 1 nicht dargestellte weitere elektrische Antriebseinrichtung ähnlich der Antriebseinrichtung 23 bis 25 des Hornflansches 7 vorgesehen sein, die jedoch an dem gesamten HornstrahlerAs for the values for half the opening angle of the mirror, which belong to the -14 dB edge assignment can be seen, this opening angle decreases rapidly with increasing misadjustment of the phase center, a decrease from 85 ° to 60 ° being shown in the diagram. It is therefore provided in a further embodiment that the horn 1 is slidably arranged in the reflector antenna for a given setting of the horn flange 7, so that it is displaced along the axis 11 of the feed waveguide 2 relative to the mirror of the reflector antenna and thus always in the central Airyzone or firing ball of the Mirror can be moved. For this tracking, for example, a further electrical drive device, not shown in FIG. 1, can be provided, similar to the drive device 23 to 25 of the horn flange 7, but on the entire horn radiator
1 angreift und diesen bei bezüglich des Hohlleiters 2 feststehendem Hornflansch 7 insgesamt längs der Achse1 attacks and this with a fixed with respect to the waveguide 2 horn flange 7 overall along the axis
1 1 verschiebt .1 1 moves.
Statt wie vorstehend beschrieben , einen möglichst kleinen Übers trahlungswirkungsgrad anzus treben , kann die Optimierung der Einstellung des Hohlleiterüberstandes auch darin bestehen, daß bei veränderter Ausleuchtung des festen Spiegels das Strahlungsdiagramm, wie die Breite der Hauptkeule, die Lage der Nebenzipfel usw, auf ein gewünschtes Optimum eingestellt wird.
Instead of striving for the smallest possible over-radiation efficiency, as described above, the optimization of the setting of the waveguide projection can also consist in that when the illumination of the fixed mirror changes, the radiation diagram, such as the width of the main lobe, the position of the side lobes, etc., to a desired optimum is set.