Doppelbandrillenhorn mit dielektrischem Abgleich

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppelbandhornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen Querschnitts anschließenden Übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder.

[0002] Im Mikrowellenbereich finden derartige Rillenhörner wegen ihrer günstigen Eigenschaften häufig Anwendung. Sie weisen bei geeigneter Dimensionierung in einem breiten Frequenzband eine gute Anpassung sowie Richtcharakteristiken mit hoher Axialsymmetrie und geringer Kreuzpolarisation auf. Zur Erreichung dieser Eigenschaften müssen die Rillenabmessungen genau dimensioniert sein.

[0003] Bei der Dimensionierung von Doppelbandrichtfunkantennen werden als Erreger für das Spiegelsystem vorwiegend kurze Rillenhornstrahler verwendet, da Hörner mit großen Öffnungswinkeln. d. h. > 30°, gute Diagrammeigenschaften über einen weiten Frequenzbereich bei kurzer Baulänge ermöglichen. Dabei ist es bei Serienantennen wichtig, daß keine mechanisch zu komplizierten Strukturen der Rillen und der Übergangszone vom Speisehohlleiter zum Rillenteil des Horns benötigt werden, da sonst das Horn in aufwendiger Weise aus mehreren Paßteilen zusammengesetzt werden muß. Insbesondere die Optimierung des Reflexionsfaktors in zwei um den Faktor 1,7 auseinanderliegenden Frequenzbändern auf Werte unter 3 % ist beim Entwurf der Hörner nach bekannten Dimensionierungsregeln durch einfaches Variieren der Rillen und der Übergangsform im Metallkörper des Horns nicht gewährleistet. Bei trockenluftgeschützten Antennenzuleitungen ist zudem die Druckabdichtung am Horn, üblicherweise eine dielektrische Platte, in den Reflexionsabgleich miteinzubeziehen, deren Kompensation bei hohen Bandbreiten schwierig ist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß eine Optimierung der Reflexion in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern in einfacher Weise erreicht wird.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Übergangsteil sich nach einer B_o . e^K · ^xn-Kurve (B_o = Speisehohlleiterdurchmesser, x = Längsausdehnung des Horns, K = Koeffizient mit dem Wert « 1, n = Koeffizient mit einem Wert 2 < n < 8), in der Weise erweitert, daß der Öffnungswinkel bei der ersten Rille des Horns 0,5 ± 0,2 mal dem stetigen Öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der dem Horn zugekehrte Endbereich des Übergangsteils auf einer Länge von S₀/8 bis So/3 (So = Länge des Übergangsteils) mit einem Dielektrikum niedriger Dielektrizitätskonstante (_Er1 < 1,3) ganz oder teilweise ausgefüllt ist, in der Weise, daß eine Teillänge des Dielektrikums niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe eines Materials höherer Dielektrizitätskonstante (_Er2 - 2,5 bis 4,7) zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0007] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Hornstrahler mit Übergangsteil und Horn in einer geschnittenen Teildarstellung und

Fig. 2 den mit Dielektrikas gefüllten Endbereich des Übergangsteils.

[0008] Der in Fig. 1 dargestellte Hornstrahler besteht aus einem Übergangsteil 1 der Länge So und einem Horn 2 (Rillenteil). Der Durchmesser des Übergangsteils 1 im Anschlußbereich des Speisehohlleiters in der Fig. 1 an der Stelle x = o ist so dimensioniert, daß die Abhängigkeit des Feldwellenwiderstandes der Grundwelle H₁₁ im unteren Band vom Hohlleiterdurchmesser aus dem sehr steilen Bereich nahe der Grenzfrequenz herauskommt, die E₁₁-Welle im oberen Bereich jedoch möglichst noch nicht ausbreitungsfähig ist. Das Übergangsteil 1 erweitert sich bei x = o, ausgehend vom Durchmesser des Speisehohlleiters bis zu einem Durchmesser, bei dem die Bedingung fu/fc > 1.3 erfüllt ist (f_u = unterste Betriebsfrequenz, f_c = Grenzfrequenz der H₁₁-Welle) nach einer B_o . e^{K . xn}-Kurve in der Weise, daß der Öffnungswinkel bei der ersten Rille 0,5 * 0.2 mal dem stetigen Öffnungswinkel des folgenden Horns entspricht. Hierbei ist B_o der Speisehohlleiterdurchmesser, x die Längenausdehnung des Horns, K ein Koeffizient mit dem Wert « 1 und n ein Koeffizient mit einem Wert 2 < n < 8, beispielsweise 5. Statt einer stetigen Durchmessererweiterung werden zweckmäßigerweise im Übergangsteil Zylinderrohrbereiche mit konstanten Durchmessersprüngen verwendet. Dadurch wird die Lage des dielektrischen Körpers stabilisiert und die Herstellung der Anordnung vereinfacht. Der Übergangsteil 1 weist dabei einen flachen Anlauf auf, bei dem die Stufung erst nach etwa 2/3 seiner Länge beginnt. Das folgende Horn 2 ist entsprechend den bekannten Formeln und Rechenprogrammen zur Strahlungsoptimierung aufgebaut. Bei entsprechender Dimensionierung hat ein solches Horn typischerweise Reflexionsfaktoren von r < 10 % im unteren Band und r < 5 % im oberen Band.

[0009] Die am Hornknick und bei den ersten Rillen erzeugte Störung der Grundwelle H₁₁ im unteren Band wird in einem axial ausgedehnten Bereich im B_o - e^K · ^xn-Übergang mit einem sehr schwachen Hartschaumdielektrikum 3 (_Er1 < 1,3) am nächstmöglichen Ort im Übergang kompensiert. Das Dielektrikum 3 füllt dabei etwa das letzte Viertel des Übergangsteils 1 in Richtung des Horns 2 ganz oder teilweise aus. Wegen des großen Abstands der Frequenzbänder und damit des Hohlleiterwellenlängenverhältnisses Ä_HE₁ unten/ λH_E1 oben ist es möglich, die hervorgerufene Störung im oberen Band durch den axialen Abstand der Grenzflächen des schwachen Dielektrikums selbst kompensierend auszulegen. Dies ist erfüllt, wenn die mittlere elektrisch wirksame Länge des Dielektrikums 3 im gestuften Übergangsteil der Bedingung λH_ε1/2 für den oberen Betriebsfrequenzbereich entspricht. Die mechanische Länge S des durchgehenden schwachen Dielektrikums 3, d. h. des Dielektrikums mit niedriger Dielektrizitätskonstante, beträgt dabei je nach Lage der Frequenzbänder, der Übergangsdurchmesser und der Dielektrizitätskonstante _Er₁ etwa So/8 bis So/3, wenn So die Länge des Übergangs 1 ist.

[0010] Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Teillänge des Dielektrikums 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante εr1 durch eine dünne Scheibe 4 (Folie) mit höherer Dielektrizitätskonstante _Er2 (er₂ - 2,5 bis 4,7) ersetzt. Dabei ist, wie Fig. 2 zeigt, das Dielektrikum 3 mit niedriger Dielektrizitätskonstante εr1 im Endbereich abgetragen, d. h. um die Länge S - S'o verkürzt, wobei S'o die verbleibende Länge des Dielektrikums 3 ist. Auf den reduzierten Endbereich des Dielektrikums 3 ist die dünne Scheibe 4 des Materials hoher Dielektrizitätskonstante _Er2 (Dicke So - S'_D) aufgebracht, die wesentlich dünner ist als die abgetragene Materialschicht. Durch diese Maßnahme wird die Kompensation im unteren Band kaum verändert, wenn die ersetzte Länge mit der Dielektrizitätskonstanten εr1 elektrisch dem Einfluß der dünnen Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten _Fr2 entspricht, da die Phasen-Amplitudenänderung bei der großen Wellenlänge gering bleibt. Im oberen Band wirkt sich diese Anderung stärker aus, so daß verschiedene Dielektrizitätskombinationen, die im unteren Band nahezu gleich wirken, zum Restabgleich im oberen Band ausgelegt werden können. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten _Er2 (z. B. bei einem Horn für 2,1 bis 2,3 Gigahertz und 3,4 bis 3,6 Gigahertz eine 0,1 mm dicke Glasfaserepoxidfolie mit εr2 = 4,7) wirkt nun zugleich als reflexionsoptimierte Druckabdichtung. Die dünne Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten e_r2 kann auch an beiden Enden der Schicht mit der Dielektrizitätskonstanten _Er1 angelegt sein.

[0011] Der dielektrische Körper 3,4 wird in den Stufenübergang eingeklebt. Die Änderung des Strahlungsdiagramms gegenüber dem nicht abgeglichenen Horn ist gering und kann in der Regel vernachlässigt werden. Dies ist ein großer Vorteil bei der Dimensionierung des Rillenhorns, da z. B. Änderungen der ersten Rillen zur Verbesserung der Anpassung besonders im oberen Band starke Auswirkungen auf das Strahlendiagramm haben. Wird bei der Dimensionierung des Horns eine axiale Rillenstruktur gewählt, so ermöglicht die Art der Kompensation Rillenhörner ohne Hinterschneidungen ^*) und komplizierte Kurven zu bauen, so daß die Produktion in einem Stück als Drehteil möglich ist.

[0012] Der erfindungsgemäße Hornstrahler mit dem speziell ausgebildeten Übergangsteil dient somit in vorteilhafter Weise zum Feinabgleich des Reflexionsfaktors in zwei auseinanderliegenden Frequenzbändern in Rillenhörnern, die nach Gesichtspunkten der Strahlungsdiagrammoptimierung entworfen werden. Zugleich wird damit auch das Problem der Reflexion der Druckabdichtung in zwei Bändern gelöst. ^*) hinterdrehter Rillen

Ansprüche

1. Doppelbandhornstrahler, bestehend aus einem sich an einen Speisehohlleiter kreisförmigen Querschnitts anschließenden Übergangsteil und einem Horn, dessen sich trichterförmig erweiternde Innenwand mit Rillen versehen ist, für zwei auseinanderliegende Frequenzbänder, dadurch gekennzeichnet daß der Übergangsteil (1) sich nach einer B_o · e ^xn-Kurve, mit Bo = Speisehohlleiterdurchmesser, x = Längsausdehnung des Horns, K = Koeffizient mit dem Wert « 1, n = Koeffizient mit einem Wert 2 < n < 8, in der Weise erweitert, daß der Öffnungswinkel bei der ersten Rille des Horns 0,5 ± 0,2 mal dem stetigen Öffnungswinkel des Horns entspricht und daß der dem Horn (2) zugekehrte Endbereich des Übergangsteils (1) mit der Länge So auf einer Länge von So/8 bis So/3 (So = Länge des Übergangsteils) durch ein Dielektrikum (3) von einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (εr1) von kleiner als 1,3 ganz oder teilweise ausgefüllt ist, in der Weise, daß die mittlere elektrisch wirksame Länge des Dielektrikums (3) im gestuften Übergangsteil der Bedingung λH_{ε1 oben}/2 für den oberen Betriebsfrequenzbereich genügt, wobei λH_ε1 oben die Wellenlänge der oberen Betriebsfrequenz ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teillänge des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante ersetzt ist durch wenigstens eine dünne Scheibe (4) eines Materials mit einer höheren Dielektrizitätskonstante (_Er2) von etwa 2,5 bis 4,7, zur Erfüllung der Funktion einer reflexionsoptimierten Druckabdichtung.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Scheibe (4) höherer Dielektrizitätskonstante an einer oder beiden Seiten des Dielektrikums (3) niedriger Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Übergangsteils nach dem Verlauf B_o · e in Stufen mit konstanten kleinen Durchmessersprüngen aufgeteilt ist.

Claims

1. Dual-band horn radiator consisting of a transition section adjoining a feeder waveguide of circular cross-section and of a horn the inner wall of which, which widens in the form of a funnel, is provided with corrugations, for two separate frequency bands, characterized in that the transition section (1) widens in accordance with a B_o - e^Kxn curve, where B_o = feeder waveguide diameter, x = longitudinal dimension of the horn, K = coefficient having a value of « 1, n = coefficient having a value of 2 < n < 8, in such a manner that the aperture angle at the first corrugation of the horn corresponds to 0.5 0.2 times the constant aperture angle of the horn and that the end region of the transition section (1) facing the horn (2), having the length So is wholly or partially filled over a length of So/8 to So/3 (So = length of transition section) by a dielectric (3) of a low dielectric constant (_Eri) of less than 1.3, in such a manner that the mean electrically active length of the dielectric (3) in the stepped transition section satisfies the condition λH_ε1/2 for the upper operating frequency range, where λH_ε1 is the wavelength of the upper operating frequency.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that a part-length of the dielectric (3) of low dielectric constant is replaced by at least one thin disk (4) of a material having a higher dielectric constant (εr2) of approximately 2.5 to 4.7, to fulfil the function of a reflection-optimized pressure seal.

3. Arrangement according to Claim 2, characterized in that a thin disk (4) of higher dielectric constant is arranged at one or both ends of the dielectric (3) of low dielectric constant.

4. Arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the inner contour of the transition section is divided into steps with constant small diameter changes in accordance with the variation B_o - e^Kxn.

Revendications

1. Antenne à cornet double bande, constitué par une partie de jonction se raccordant à un guide d'ondes d'alimentation possédant une section transversale circulaire, et par un cornet, dont la paroi intérieure, qui s'élargit en forme d'entonnoir, comporte des nervures, pour deux bandes séparées de fréquences, caractérisée par le fait que la zone de jonction (1) s'élargit conformément à une courbe B_o - e^Kxn, B_o étant le diamètre du guide d'ondes d'alimentation, x l'étendue longitudinale du cornet, K un coefficient ayant une valeur 1 et n un coefficient ayant une valeur telle que 2 < n < 8, de sorte que l'angle d'ouverture correspond, au niveau de la première nervure du cornet, à 0,5 ± 0,2 fois l'angle permanent d'ouverture du cornet, et que la zone d'extrémité de la partie de jonction

(1), qui est tournée vers le cornet et possède la longueur S_o, est complètement ou partiellement remplie, sur une longueur comprise entre So/8 et So/3 (So = longueur de la zone de jonction) par un diélectrique (3) possédant une constante diélectrique (_Eri) faible, inférieure à 1,3, de sorte que la longueur moyenne, efficace du point de vue électrique, du diélectrique (3) dans la partie de jonction étagée satisfait à la condition λH_ε1 su- _périeure/2 pour la plage supérieure des fréquences de fonctionnement, λ_Hε1 supérieure représentant la longueur d'onde de la fréquence supérieure de fonctionnement.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que sur une partie de sa longueur, le diélectrique (3) possédant une constante diélectrique faible est remplacé par au moins un disque mince (4) réalisé en un matériau possédant une constante diélectrique supérieure (_Er2) comprise entre approximativement 2,5 et 4,7, destinée à assurer la fonction d'une étanchéité à la pression, optimisée du point de vue de la réflexion.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un disque mince (4) possédant une constante diélectrique supérieure est disposé d'un côté ou des deux côtés du diélectrique (3) possédant une constante diélectrique faible.

4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le contour intérieur de la zone de jonction est subdivisé, conformément à la fonction Bo - e^Kxn, en échelons présentant de petites variations brusques constantes du diamètre.

Zeichnung