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(11) | EP 0 023 933 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Antennenanordnung zur Abstrahlung zirkular oder linear polarisierter Mikrowellen Antenna system for transmitting circularly or linearly polarized microwaves Antenne pour le rayonnement de micro-ondes à polarisation circulaire ou lineaire |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Abstrahlung zirkular oder linear polarisierter Mikrowellen, bestehend aus einem Hornstrahler, dessen Innenseite gerillt ist und dessen in Längsrichtung aufeinanderfolgende Querschnitte geometrisch ähnlich sind, einem Anschlußhohlleiter, dessen Innenquerschnitt ein anderes Achsenverhältnis und/oder eine andere Umrißform aufweist als die Querschnitte des Hornstrahlers, und einem Übergangsstück zur einfachen Umwandlung des Wellenausbreitungsmodus im Anschlußhohlleiter in den erwünschten Modus im Hornstrahler.
[0002] Derartige Antennenanordnungen sind in der Praxis bekannt zur Erzeugung symmetrischer Strahlungsdiagramme im Fernfeld. Falls die Innenseite des Hornstrahlers gerillt ist, ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, welches im Fernfeld zirkular polarisiert ist. Da die Kreuzpolarisation gleich Null oder annähernd gleich Null ist, kann diese Antennenanordnung auch bei doppelter Frequenzverwertung zur Anwendung gebracht werden.
[0003] Aufgrund der Tatsache, daß der Anschlußhohlleiter einen Innenquerschnitt mit einer anderen Umrißform und/oder einem anderen Achsenverhältnis aufweist als der Hornstrahler, entstehen jedoch Probleme, welche im Hornstrahler Parasitärmoden oder höhere Moden mit unerwünschter Kreuzpolarisation und/oder Fehlanpassung zur Folge haben. Diese entsteht meistens, wenn ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm im Fernfeld gefordert wird.
[0004] Falls z.B. zwischen einem runden Anschlußhohlleiter und einem elliptischen Hornstrahler ein im Hinblick auf den Querschnittsverlauf plötzlicher Übergang angeordnet wird, kann die erwünschte Polarisationsreinheit nicht erzielt werden. Dies gilt für jeden plötzlichen Übergang zwischen einem Anschlußhohlleiter und einem Hornstrahler mit gegenseitig verschiedenen Umrißformen.
[0005] So wird der Übergang von einem runden Hohlleiter, welcher zuerst allmähllich an zwei Seiten abgeplattet verläuft, zwecks Erzielung einer Ellipse, welche dann in einen elliptischen Hornstrahler übergeht, auch eine Kreuzpolarisation bewirken, wodurch die erwünschte Polarisation im Fernfeld stark gestört wird. Aber auch der Übergang zwischen einem Anschlußhohlleiter und einem Hornstrahler mit gegenseitig gleichen Umrißformen, aber verschiedenem Achsenverhältnis wird eine Umwandlung bewirken, bei welcher, nächst dem erwünschten Modus im Hornstrahler, parasitäre Moden entstehen. Dies ergibt sich z.B. bei elliptischen Umrißformen, deren Elliptizität verschieden ist, oder bei rechteckigen Umrißformen mit verschiedenen Achsenverhältnissen.
[0006] Eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE-QS 25 05 375 bekannt. Dort wird ein quadratischer Speisehohlleiter mit einem konischen, im Querschnitt kreisförmigen Hornstrahler durch einen Hohlleiterübergang verbunden, der von einem quadratischen in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht. Dabei wird ein zunächst quadratischer Anfangsabschnitt in einer Übergangszone unter Beibehaltung der Diagonale kontinuierlich auf einen Kreisquerschnitt aufgeweitet, dessen Durchmesser gleich der Diagonalen des Quadrats ist. Nach der Übergangszone folgt noch ein runder Hohlleiterabschnitt konstanten Durchmessers, der gleich dem kleinsten Durchmesser des konischen Hornstrahlers ist. Die Anpassung erfolgt durch geeignete Wahl der Länge dieses Rundhohlleiterabschnittes. Bei dieser Antennenanordnung liegt demnach ein bezüglich der Innenquerschnitte plötzlicher Übergang zwischen dem runden Hohlleiterabschnitt und dem konischen Hornstrahler vor, wobei beide an einer kreisförmigen Umfangslinie aneinanderstoßen.
[0007] Antennenanordnungen, bei denen Hohlleiter sowie Hornstrahler unterschiedlicher Querschnittsformen direkt aneinanderstoßen, sind noch aus der DE-OS 20 05 440 bekannt. Dort sind zwei spezielle Ausführungsformen mit rechteckigen bzw. runden und elliptischen Querschnitten beschrieben. Die Hohlleiter grenzen dort jeweils ohne besondere Übergangsstücke an die zugeordneten Hornstrahler, wobei sich jeweils in einer Ebene liegende, rechteckige bzw. runde oder elliptische Schnittlinien ergeben. Auch hier liegen plötzliche, in einer Ebene erfolgende Änderungen der Innenquerschnitte im weiter oben erwähnten Sinne vor. Im übrigen sind die Innenwände der Hornstrahler nicht gerillt.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der der Übergang zwischen dem Anschlußhohlleiter und dem Hornstrahler so ausgebildet ist, daß eine einfache Umwandlung des Wellenausbreitungsmodus erzielt wird, ohne daß im Hornstrahler neben dem dort erwünschten Modus parasitäre Moden entstehen.
[0009] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Übergangsstück zwischen Anschlußhohlleiter und Hornstrahler ohne Zwischenschaltung eines eigenen Übergangselementes dadurch gebildet ist, daß die Wäna, des Hornstrahlers selbst und die des Anschiuii: hohlleiters selbst sich an ihrem Umriß in jeden Punkt ohne Änderung der Umrißform linear bis jeweils dorthin erstrecken, wo sie sich mit der anderen Wand unter Bildung einer entsprechenden Schnittkurve treffen.
[0010] Zwar ist aus der DE-AS 12 71 229 ein Hohlleiterübergangsstück bekannt, durch das zwei unterschiedliche, nämlich rechteckige und elliptische Innenquerschnitte ineinander übergeführt werden, wobei die Wandflächen jeweils ohne Änderung ihrer Umrißformen bis zur anderen Wand verlaufen und dort über Einschnitte ineinander übergehen. Jedoch schließen dann zu beiden Seiten dieses Hohlleiterübergangsstückes jeweils wieder Hohlleiter unterschiedlicher, nämlich einmal rechteckiger und zum anderen elliptischer, Innenquerschnitte an. Abgesehen davon, daß es bei diesem bekannten Hohlleiterübergangsstück gar nicht darum geht, einen gerillten Hornstrahler möglichst ohne Anregung parasitärer Moden an einen Anschlußhohlleiter unterschiedlichen Innenquerschnitts anzuschließen, zeichnet sich die vorliegende Erfindung gerade dadurch aus, daß der gerillte Hornstrahler ohne Zwischenschaltung eines derartigen eigenen Übergangsstückes direkt in den Anschlußhohlleiter übergeht, ganz im Gegensatz zu den durch die DE-OS 25 05 375 sowie die DE-AS 12 71 229 gegebenen Anregungen.
[0011] Die Antennenanordnung gemäß der Erfindung ist auch geeignet, ein im Fernfeld asymmetrisches, beispielsweise elliptisches Strahlungsdiagramm zu erzeugen, so daß die Antennenanordnung etwa in einem geostationären Satelliten zwecks Beleuchtung eines bestimmten Gebietes der Erde für Fernseh- und/oder Fernmeldezwecke angewendet werden kann, wobei jedoch auch andere Anwendungszwecke unter Verwendung derartiger asymmetrischer Strahlungsdiagramme denkbar sind.
[0012] Für eine genaue zirkulare oder lineare Polarisation im Strahlungsdiagramm läßt man vorzugsweise die Rillen an der Innenseite des Hornstrahlers in jener Querschnittsebene anfangen, welche die am weitesten in Richtung auf die Hornapertur in der Wand des Hornstrahlers eingeschnittenen Punkte der Anschlußhohlleiterwand enthält.
[0013] Im folgenden wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die Seitenansicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung, deren Anschlußhohlleiter rund und deren Hornstrahler elliptisch ist;
Figur 2 die Vorderansicht der Antennenanordnung gemäß Fig. 1;
Figur 3 die Draufsicht auf die Antennenanordnung gemäß Fig. 1;
Figur 4 die Seitenansicht einer weiteren Antennenanordnung gemäß der Erfindung, deren Anschlußhohlleiter rechteckig und deren Hornstrahler elliptisch ist;
Figur 5 die Vorderansicht der Antennenanordnung gemäß Fig. 4;
Figur 6 die Draufsicht auf die Antennenanordnung der Fig. 4;
Figur 7 einen Teillängsschnitt durch die Wand des Hornstrahlers der Fig. 1;
Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung mit rundem Anschlußhohlleiter und elliptischem Hornstrahler mit kleinerem Öffnungswinkel als im Falle der Figuren 1 und 4.
[0014] In der in den Fig. 1 bis 3 einschließlich gezeigten Antennenanordnung 1 ist deutlich erkennbar, wie die Wände des Anschlußhohlleiters 2 und des Hornstrahlers 3 sich an ihrem Umriß in jedem Punkt ohne Änderung ihrer eigentlichen Umrißformen bis zur anderen Wand erstrecken und dabei über sich zwischen den Querschnittsflächen A-A' und B-B' befindende Einschnitte ineinander übergehen. Durch den in dieser Weise verwirklichten Übergang wird eine Umwandlung des im Anschlußhohlleiter 2 herrschenden Modus in den erwünschten einfachen Modus im elliptischen Hornstrahler 3 erzielt. An der Innenseite der Hornwand sind zur Erzielung zirkular polarisierter Wellen Rillen mit einer Tiefe von annähernd einem Viertel der Betriebswellenlänge angebracht. Zur Verhütung von Fehlanpassung und/oder parasitären Moden im Hornstrahler 3 läßt man diese Rillen erst ab der Querschnittsfläche B-B' anfangen, d.h. am Ende des im Hornstrahler 3 verlaufenden Einschnittes der Wand des Anschlußhohlleiters 2.
[0015] Mit dieser Antennenanordnung wird ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm oder, mit anderen Worten, eine asymmetrische Leistungsdichteverteilung erzielt, deren Strahlung in jeder Richtung genau zirkular oder linear polarisiert ist. Die Antennenanordnung ist vorteilhaft bei Satelliten für Fernmeldezwecke mit doppelter Frequenzverwertung durch orthogonale Polarisation oder für Fernsehverteilzwecke anwendbar.
[0016] Auch bei der in den Fig. 4 bis 6 schematisch dargestellten Antennenanordnung ist deutlich erkennbar, wie die Wände des rechteckigen Anschlußhohlleiters 5 und des elliptischen Hornstrahlers 6 an ihrem Umriß wieder über Einschnitte ohne Änderung der Umrißform ineinander übergehen. Sowohl in der Wand des Anschlußhohlleiters 5 wie in der Wand des Hornstrahlers 6 befinden sich diese Einschnitte zwischen den Querschnittsflächen A-A' und B-B'. Auch bei diesem Übergang wird wieder eine einfache Modenumwandlung erzielt. Der rechteckige Hohlleiter kann auch quadratisch ausgeführt sein. Selbstverständlich wird auch mit diesem elliptischen Hornstrahler ein asymmetrisches Strahlungsdiagramm erzielt.
[0017] In der Fig. 7 ist ein Längsschnitt des in Fig. 1 mit 4 markierten Hornwandteiles gezeigt. Die Tiefe s der angebrachten Rillen beträgt annähernd ein Viertel der Betriebswellenlänge. Wie bereits erwähnt, verlaufen die Rillen ab der Querschnittsfläche B-B' bis zum erweiterten Ende des Hornstrahlers 6.
[0018] Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung, welche einen runden Anschlußhohlleiter und einen elliptischen Hornstrahler aufweist. In dieser Ansicht ist deutlich erkennbar, wie die Wände von Hornstrahler und Anschlußhohlleiter einander durchdringen.
- einem Hornstrahler (3; 6), dessen Innenseite gerillt ist und dessen in Längsrichtung aufeinanderfolgende, z.B. elliptische, Querschnitte geometrisch ähnlich sind,
-einem Anschlußhohlleiter (2; 5), dessen Innenquerschnitt ein anderes Achsenverhältnis und/oder eine andere, z.B. kreisrunde (2), quadratische oder rechteckige (5), Umrißform aufweist als die Querschnitte des Hornstrahlers, und
- einem Übergangsstück (AA'-BB') zur einfachen Umwandlung des Wellenausbreitungsmodus im Anschlußhohlleiter in den erwünschten Modus im Hornstrahler, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsstück ohne Zwischenschaltung eines eigenen Übergangselementes dadurch gebildet ist, daß die Wände des Hornstrahlers (3; 6) selbst und die des Anschlußhohlleiters (2; 5) selbst sich an ihrem Umriß in jedem Punkt ohne Änderung der Umrißform linear bis jeweils dorthin erstrecken, wo sie sich mit der anderen Wand unter Bildung einer entsprechenden Schnittkurve treffen.
- un cornet d'émission (3; 6) dont le côté intérieur est rainuré et dont les sections transversales, par exemple elliptiques, successives en direction longitudinale, sont géométriquement semblables entre elles,
- un guide d'ondes de jonction (2; 5) dont la section intérieure comporte un autre rapport d'axes et/ou une autre forme de contour, par exemple circulaire (2), carrée ou rectangulaire (5), que les sections du cornet, et
- une transition (AA'-BB') pour la transformation simple du mode de diffusion des ondes dans le guide d'ondes de jonction en le mode désiré dans le cornet, caractérisé en ce que la transition est formée, sans interposition d'un propre élément de transition, par le fait que les parois mêmes du cornet (3; 6) et celles mêmes du guide d'ondes de jonction (2; 5) s'étendent sur leur contour en tout point, sans modification de la forme dudit contour, linéairement jusque là où elles atteignent chaque fois l'autre paroi sous formation d'une courbe d'intersection correspondante.
a horn radiator (3; 6) the inside of which is grooved and the, for example elliptical, cross-sections of which, consecutive in the longitudinal direction, are geometrically similar,
a connecting wave guide (2; 5) the inside cross-section of which has a different axis ratio and/or a different, for example circular (2), square or rectangular (5), contour shape from the cross-sections of the horn radiator, and
a transition piece (AA'-BB') for simple conversion of the wave propagation mode in the connecting wave guide into the desired mode in . the horn radiator, characterised in that the transition piece is so formed, without intercalation of a specific transition element, that the walls of the horn radiator (3; 6) itself and those of the connecting wave guide (2; 5) itself extend on their contour, at each point, without change of the contour shape linearly and respectively as far as to where they encounter the other wall along with the formation of a corresponding curve of intersection.