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EP0079533A1 - Horn antenna - Google Patents

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Info

Publication number
EP0079533A1
EP0079533A1 EP82110176A EP82110176A EP0079533A1 EP 0079533 A1 EP0079533 A1 EP 0079533A1 EP 82110176 A EP82110176 A EP 82110176A EP 82110176 A EP82110176 A EP 82110176A EP 0079533 A1 EP0079533 A1 EP 0079533A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
horn
grooves
radiator
contour
end faces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP82110176A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0079533B1 (en
Inventor
Eberhard Dr. Ing. Kühn
Hans Dipl.-Ing. Scheffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messerschmitt Bolkow Blohm AG filed Critical Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Publication of EP0079533A1 publication Critical patent/EP0079533A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0079533B1 publication Critical patent/EP0079533B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a horn, in which the funnel-shaped inner wall of the horn is provided with grooves.
  • Grooved horns of this type are often used in the microwave range because of their favorable properties. With suitable dimensioning in a broad frequency band, they have a good adaptation of the feed waveguide as well as directional characteristics with high axial symmetry and low cross polarization. To achieve these properties, the groove dimensions, primarily their depth, must be measured precisely. For example, known (IEEE Iransactions Vol. AP-26, No. 2, March 1978, pp. 367 to 372) that the groove depth between the aperture (groove groove ⁇ a quarter of the wavelength) and the neck of the horn (groove depth ⁇ half a wavelength) should be changed continuously. Three different ways are known from the literature for making the grooves in the funnel wall.
  • the arrangement of the grooves perpendicular to the funnel wall is suitable for all funnel opening angles ⁇ (DE-OS 28 36 869).
  • the attachment perpendicular to the radiator axis (after 2 in. Fig.) 1) is preferable for small opening angles ⁇ (DE-OS 26 50 388, DE-OS 29 30 932, DE-OS 25 09 619, DE-AS 26 23 755, DE-AS 25 25 358).
  • attachment parallel to the radiator axis e (according to 3 in Fig. 1) is preferable for large opening angles ⁇ (NTG Technical Reports Antennas, Volume 57, page 84, Figure 5).
  • the previous generation of the funnel contour is sometimes dispensed with, in that the narrow webs between the grooves are not designed in the shape of a funnel, but rather as ice cylinder pieces with a radius that changes according to the funnel contour.
  • a disadvantage of this groove arrangement is that the unscrewing of the grooves in the immediate vicinity of the horn neck is made more difficult by the fact that the groove depth at this point of the horn is only insignificantly smaller than the radius of the feed waveguide.
  • the invention has for its object to show a grooved horn, in the manufacture of which the difficulties listed above are avoided in a simple manner.
  • a horn radiator in which the funnel-shaped inner wall of the horn is provided with grooves cut parallel to the radiator axis, in accordance with the invention in that the end faces of the partition walls remaining between the grooves each run perpendicular to the radiator axis and in that the funnel contour is defined by the axial distance of these end faces from each other is determined (Fig.2).
  • FIG. 2 schematically shows a longitudinal section through a grooved horn according to the invention.
  • the inner wall of the horn is formed by a larger number n of coaxially arranged grooves, the end walls of which end in end faces which are perpendicular to the longitudinal axis of the radiator.
  • the funnel contour is conical. In the embodiments shown later, however, these dimensions are not necessarily constant.
  • each of the n grooves in FIG. 2 beginning with the inner waveguide with the inner radius a i , is assigned an ordinal number 1 to n; a ' 1 is therefore the inner radius of the first groove, a " 1 its outer radius.
  • a ' 1 is therefore the inner radius of the first groove, a " 1 its outer radius.
  • a a is the outermost radius of the groove horn.
  • the depth of the grooves is denoted by t 1 to t n , the end faces each have an axial distance l a to l n .
  • the first column of the table contains the atomic number of the groove explained in FIG. 2, followed by the inner and outer groove radii, the depths of the grooves and the axial spacing of the end faces from each other.
  • FIG. 4 shows the radiation properties of this horn for the design frequency of 10 GHz; they are characterized by a good rotational symmetry of the directional characteristic for the main polarization and by high polarization purity.
  • the frequency responses of the reflection attenuation, the beam widths and the maritime false polarization are shown in FIGS. 5 to 7.
  • the input reflection of the emitter (FIG. 5) was optimized by using deeper grooves on the horn neck; it is essentially determined by the ratio a i / ⁇ . For applications in which better adaptation is required, a larger waveguide diameter will be provided (see second exemplary embodiment in FIG. 8).
  • Fig. 8 shows the scale structure of a second embodiment of the invention. This spotlight became flat if designed for low erection polarization. It has the same aperture size and a similar contour profile as the radiator according to FIG. 3, but a larger feed waveguide diameter. In order to achieve low-band low polarization zn, the groove depth had to be modified.
  • the radiator according to FIG. 8 has been omitted from producing a model.
  • the data given in FIG. 9 are the results of the computer simulation.
  • the maximum cross polarization with this emitter is less frequency-dependent. This behavior applies in the same way to the club width. Due to the larger diameter of the feed waveguide, the reflection attenuation could be significantly improved.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

1. A horn emitter in which the inner wall, widening in a funnel-shaped manner, of the horn is provided with grooves incised parallel to the radiator axis, characterised in that the front surfaces of the dividing walls remaining between the grooves each extend perpendicularly to the emitter axis and in that the funnel contour is determined by the axial spacing (I1 ... In ) of these front surfaces from one another.

Description

Die Erfindung betrifft einer Hornstrahler, bei dem die sich trichterförmig erweiternde Innenwand des Horns mit Rillen versehen ist.The invention relates to a horn, in which the funnel-shaped inner wall of the horn is provided with grooves.

Im Kikrowellenbereich finden derartige Rillenhörner wegen ihrer günstigen Eigenschaften häufig Anwendung. Sie weisen bei geeigneter Dimensionierung in einem breiten Frequenzband eine gute Anpassung des Speisehohlleiters sowie Richtcharakteristiken mit hoher Axialsymmetrie und geringer Kreuzpolarisation auf. Zur Erreichung dieser Eigenschaften müssen die Rillenabmessungen, vornehmlich deren Tiefe, genau bemessen werden. So ist z.B. bekannt (IEEE Iransactions Vol. AP-26, No. 2, March 1978, S. 367 bis 372), daß die Rillentiefe zwischen der Apertur (Rillentie ≥ ein Viertel der wellenlange) und dem Hals des Horns (Rillentiefe ≤ eine halbe wellenange) kontinuierlich verändert werden sollte. Aus der Literatur sind drei verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Rillen in der Trichterwand anzubringen.Grooved horns of this type are often used in the microwave range because of their favorable properties. With suitable dimensioning in a broad frequency band, they have a good adaptation of the feed waveguide as well as directional characteristics with high axial symmetry and low cross polarization. To achieve these properties, the groove dimensions, primarily their depth, must be measured precisely. For example, known (IEEE Iransactions Vol. AP-26, No. 2, March 1978, pp. 367 to 372) that the groove depth between the aperture (groove groove ≥ a quarter of the wavelength) and the neck of the horn (groove depth ≤ half a wavelength) should be changed continuously. Three different ways are known from the literature for making the grooves in the funnel wall.

Diese drei bekannten Ausführungsformen nach verschiedenen Fundstellen sind zur besseren Übersicht in einer einzigen und demzufolge fiktiven Fig. 1 zusammengefaßt.These three known embodiments according to different sites are summarized in a single and therefore fictitious Fig. 1 for a better overview.

Die Anordnung der Rillen senkrecht zur Trichterwand (nach 1 in Fig. 1) ist für alle Trichteroffnungswinkel α geeignet (DE-OS 28 36 869). Die Anbringung senkrecht zur Strahlerachse (nach 2 in. FIg.) 1) ist für kleine Öffnungswinkel α vorzuziehen (DE-OS 26 50 388, DE-OS 29 30 932, DE-OS 25 09 619, DE-AS 26 23 755, DE-AS 25 25 358). Die Anbringung parallel zur Strahlerachs e (nach 3 in Fig. 1) ist hingegen für große Öffnungswinkel α vorzuziehen (NTG-Fachberichte Antennen, Band 57, Seite 84, Bild 5).The arrangement of the grooves perpendicular to the funnel wall (according to 1 in Fig. 1) is suitable for all funnel opening angles α (DE-OS 28 36 869). The attachment perpendicular to the radiator axis (after 2 in. Fig.) 1) is preferable for small opening angles α (DE-OS 26 50 388, DE-OS 29 30 932, DE-OS 25 09 619, DE-AS 26 23 755, DE-AS 25 25 358). On the other hand, attachment parallel to the radiator axis e (according to 3 in Fig. 1) is preferable for large opening angles α (NTG Technical Reports Antennas, Volume 57, page 84, Figure 5).

In sehr schlanken Hornern (α→0) entspricht die Rillenkonfiguration nach 1 derjenigen nach 2 in Fig. 1, in weit geöffneten Hornern (α→π/2) derjenigen nach 3. Bei Rillenhörnern, die so kompakte Abmessungen haben, daß sie aus einem einzigen Metallblock durch Drehen hergestellt werden können, mup bei Verwendung von Rillenanordnung 1 oder 3 zunächst die (kegel-, glocken- oder flaschenhalsfömige) Trichterkontur erzeugt werden und erst danach können die Rillen eingestochen werden.In very slim horns (α → 0) the groove configuration according to 1 corresponds to that according to 2 in Fig. 1, in wide open horns (α → π / 2) corresponds to that according to 3. With groove horns that are so compact that they are made of a single metal block can be produced by turning, using groove arrangement 1 or 3, the (conical, bell-shaped or bottle neck-shaped) funnel contour must first be generated and only then can the grooves be inserted.

Bei Verwendung der Rillenkonfiguration 2 wird mitunter auf die vorherige Erzeugung der Trichterkontur verzichtet, indem die schmalen Stege zwischen den Rillen nicht trichterförmig, sondern als Ereiszylinderstucke mit entsprechend der Trichterkontur verändertem Radius ausgebildet werden. Nachteilig ist hingegen bei dieser Rillenanordnung, daß die Ausdrehung der Rillen in unmittelbarer Nähe des Hornhalses dadurch erschwert ist, daß die Rillentiefe an dieser Stelle des Horns nur unwesentlich kleiner ist als der Radius des Speisehohlleiters.When using the groove configuration 2, the previous generation of the funnel contour is sometimes dispensed with, in that the narrow webs between the grooves are not designed in the shape of a funnel, but rather as ice cylinder pieces with a radius that changes according to the funnel contour. A disadvantage of this groove arrangement, however, is that the unscrewing of the grooves in the immediate vicinity of the horn neck is made more difficult by the fact that the groove depth at this point of the horn is only insignificantly smaller than the radius of the feed waveguide.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rillenhorn auszuzeigen, bei dessen Herstellung die vorab aufgeführten Schwierigkeiten auf einfache Weise umgangen werden.The invention has for its object to show a grooved horn, in the manufacture of which the difficulties listed above are avoided in a simple manner.

Diese Aufgabe wird bei einem Hornstrahler, bei dem die sich trichterförmig erweiternde Innenwand des Horns mit parallel zur Strahlerachse eingeschnittenen Rillen versehen ist, gemäß der Erfindung dadurchigelost, daß die Stirnflächen der zwischen den Rillen verbleibenden Trennwände jeweils senkrecht zur Strahlerachse verlaufen und daß die Trichterkontur durch den axialen Abstand dieser Stirnflächen voneinander bestimmt ist (Fig.2).This object is achieved in a horn radiator, in which the funnel-shaped inner wall of the horn is provided with grooves cut parallel to the radiator axis, in accordance with the invention in that the end faces of the partition walls remaining between the grooves each run perpendicular to the radiator axis and in that the funnel contour is defined by the axial distance of these end faces from each other is determined (Fig.2).

Neben der leichteren Herstellbarkeit weisen die erfindungsgemäß ausgebildeten Rillenhornstraller noch folgende Vorteile auf:

  • (1) Dureh die Konfiguration des Strahlers bedingt lassen sich nach der Herstellung alle geometrischen Abmessungen sowie die Oberflächenbeschaffenheit von Rillen und Zwischenwänden besonders einfach kontrollieren.
  • (2) Durch die Ausgestaltung der Innenwand des Hornstrahlers ist es ohne Komplizierung des Hrstellungsprozesses möglich, nicht nur kegelförmige, sondern auch bekannte speziell gekrümmte Tricterkonturen mit Flaschenhals-(z.B. DE-AS 26 23 755) oder Glockenform zu erzeugen. Von dieser Möglichkeit muB man Gebrauch machen, wenn mit einem Rillenhornstrahler großen Öffnungswinkels und kurzer Baulange niedrige Kreuzpolarisation erreicht werden soll.
  • (3) Zur Verbesserung der Anpassung des Hornstrahlers können einzeln wie auch kombiniert alle bekannten maBnahmen zur Bemessung wie Formgebung der Übergangszone am Trichterhals und der dem Trichterhals benachbarten Rillen verwendet werden, z.B.
    • - eine Anpassungszone zwischen dem Speisehohlleiter und der ersten Rille in Form eines glattwandigen Hohlleiter-Zwischenstückes mit einem Durchmesser, der größer ist als der des Speisehohlleiters, aber kleiner als der kleinste Durchmesser der sich trichterförmig erweiternden Rillenstruktur (DE-OS 29 20 757),
    • - tiefere (auch schmalere und enger beieinander liegnde) Rillen als im übrigen Teil des Horns (IEEE Iransactions, Vol. AP-26, Xr. 2, Karch 1978, S. 367 bis 372),
    • - hinterdrehte Rillen (IEEE Iransactions, vol. AP-24, No. 6, November 1976, S. 786 bis 792; DE-OS 28 36 869),
    • -flaschenhalsförmige Konturierung der Enden der Rillenzwischenwände (DE-AS 26 23 755; DE-OS 26 50 388).
  • (4) Nur infolge der einfachen Geometrie der erfindungsgemäE aufgebauten Rillenhörner sind deren genaue numerische Berechnung und Optimierung der Strahlungseigen- schaften des Horns unter Berücksichtigung
    • - der Reflexion und Wllentypwandlung am Trichterhals und in der Apertur,
    • - sowie einer dielektrischen Abdeckplatte als Wetterschutz

    möglich. Auf eben diese Weise läßt sich auch eine Toleranzanalyse durchführen.
  • (5) Aufgrund des Aufbaus des Hornstrahlers sind neben der Herstellung durch Drehen auch andere bekannte Technologien anwendbar, wie z.B.
    • - Galvanoplastik (ohne.Verlust des Kernes!),
    • - Druckguß,
    • - Kaltverformung ('cold hobbing', Proc. 1975 IEEE-MTT-S Intern. Microwave Symp., S. 232 bis 234),

    die sich für die Herstellung besonders präziser Strahler (bei Millimeterwellen) bzw. für größere Stückzahlen (im Richtfunk und für kleine Bodenstationen mit Primarfokuserregang) eignen.
In addition to being easier to manufacture, the grooved horn constructions according to the invention also have the following advantages:
  • (1) Due to the configuration of the spotlight, all geometric dimensions and the surface properties of grooves and Check partition walls particularly easily.
  • (2) Due to the design of the inner wall of the horn, it is possible, without complicating the manufacturing process, to produce not only conical, but also known specially curved tricter contours with bottle necks (e.g. DE-AS 26 23 755) or bell shape. This option must be used if low cross polarization is to be achieved with a grooved horn with a large opening angle and a short overall length.
  • (3) To improve the adaptation of the horn, individually as well as in combination, all known measures for dimensioning such as shaping the transition zone on the funnel neck and the grooves adjacent to the funnel neck can be used, eg
    • an adaptation zone between the feed waveguide and the first groove in the form of a smooth-walled waveguide intermediate piece with a diameter which is larger than that of the feed waveguide but smaller than the smallest diameter of the funnel-shaped widening groove structure (DE-OS 29 20 757),
    • - deeper (also narrower and closer to each other) grooves than in the rest of the horn (IEEE Iransactions, Vol. AP-26, Xr. 2, Karch 1978, pp. 367 to 372),
    • - turned grooves (IEEE Iransactions, vol. AP-24, No. 6, November 1976, pp. 786 to 792; DE-OS 28 36 869),
    • bottle-neck-shaped contouring of the ends of the groove partition walls (DE-AS 26 23 755; DE-OS 26 50 388).
  • (4) constructed only due to the simple geometry of the grooves erfindungsgemäE horns are the exact numerical calculation and optimization of the properties of the horn Strah l ungseigen- taking into account
    • - the reflection and change of the type of well on the funnel neck and in the aperture,
    • - And a dielectric cover plate as weather protection

    possible. A tolerance analysis can also be carried out in exactly this way.
  • (5) Due to the structure of the horn, other known technologies can be used in addition to the production by turning, such as
    • - galvanoplastic (without loss of the core!),
    • - Diecast,
    • - Cold forming ('cold hobbing', Proc. 1975 IEEE-MTT-S Intern. Microwave Symp., Pp. 232 to 234),

    which are suitable for the production of particularly precise emitters (for millimeter waves) or for larger quantities (in directional radio and for small ground stations with primary focus response).

Die Erfindung wird anhand von Fig. 2 bis 9 näher beschrieben. Es zeigen '

  • Fig. 1 die bereits behandelte Darstellung der AusführungBformen nach dem Stand der technil
  • Fig. 2 den schematischer Aufbau der erfindungsgemab ausgebildeten rillenhornstrahler (im Längsschnitt),
  • Fig. 3 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Rillenhornstrahler mit speziell geformter Trichterkontur,
  • Fig. 4 die Richtdiagramme (Hauptpolarisation (CP). in der E- und H-Ebene, Krenzpolarisation (XP) in der 45°-Ebene) des Strahlers nach Fig. 3 für 10 GHz,
  • Fig. 5 den Frequenzgang der Reflerionsdampfung für den Strahler nach Fig. 3,
  • 3-dB, Fig. 6 den Freonenzgang derγ5-dB, 10-dB, 15-dB und 20-dB-Breiten der Richtdiagramme der Hauptpolarisation in der E- und H-Ebene für den Strahler nach Fig. 3,
  • Fig. 7 den Frequenzgang der maximalen Kreuzpolarisation (XPmax) in der 45°-Ebene für den Strahler nach Fig. 3,
  • Fig. 8 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Rillenhornstrahler mit gegenüber Fig. 3 größerem Hohlleiterdurchmesser
  • Fig. 9 die Richtdiagramme (Hanptpolarisation (CP) in der E- und H-Kbene, Kreuzpolarisation (XP) in der 45°-Ebene) des Strahlers nach Fig. 8 für 10 GHz.
The invention is described in more detail with reference to FIGS. 2 to 9. Show it '
  • Fig. 1 shows the representation of the execution Bforms according to the state of the art already discussed
  • 2 shows the schematic structure of the grooved horn emitter according to the invention (in longitudinal section),
  • 3 shows, as the first exemplary embodiment of the invention, a grooved horn emitter with a specially shaped funnel contour,
  • 4 shows the directional diagrams (main polarization (CP) in the E and H planes, border polarization (XP) in the 45 ° plane) of the radiator according to FIG. 3 for 10 GHz,
  • 5 shows the frequency response of the reflection attenuation for the radiator according to FIG. 3,
  • 3-dB, FIG. 6 shows the freonence response of the γ5-dB, 10-dB, 15-dB and 20-dB widths of the directional diagrams of the main polarization in the E and H planes for the radiator according to FIG. 3,
  • 7 shows the frequency response of the maximum cross polarization (XP max ) in the 45 ° plane for the radiator according to FIG. 3,
  • 8 shows, as a second exemplary embodiment of the invention, a grooved horn with a larger waveguide diameter than FIG. 3
  • 9 shows the directional diagrams (Hanpt polarization (CP) in the E and H planes, cross polarization (XP) in the 45 ° plane) of the radiator according to FIG. 8 for 10 GHz.

In Fig. 2 ist schematisch ein Längsschnitt durch einen Rillenhornstrahler gemäß der Erfindung dargestellt. Die Innenwand des Horns wird durch eine größere Zahl n Koaxial angeordneter Rillen gebildet, deren frennwande in Stirnflächen enden, die senkrecht zur Strahlerlängsachse verlaufen.2 schematically shows a longitudinal section through a grooved horn according to the invention. The inner wall of the horn is formed by a larger number n of coaxially arranged grooves, the end walls of which end in end faces which are perpendicular to the longitudinal axis of the radiator.

In der grundsätzlichen Derstellung der Fig. 2 ist von einer konstanten Tiefe und Weite der Rillen und einer konstanten Stärke der Trennwände ausgegangen. Der ariale Abstand der Stirnflächen voneinander ist ebenfalls konstant. Demzufolge ist die Trichterkontur kegelförmig. In den später gezeigten Ausführungsformen sind diese Abmessunen jedoch nicht notwendigerweise konstant.2 is based on a constant depth and width of the grooves and a constant thickness of the partition walls. The arial distance between the end faces is also constant. As a result, the funnel contour is conical. In the embodiments shown later, however, these dimensions are not necessarily constant.

Zur eindeutigen Festlegang der für die weiteren Ausführungsformen (Fig. 3 und 8) in Tabellenform angegebenen Abmessnngen ist in Fig. 2 jede der n Rillen, vom Speisehohlleiter mit dem Innenradius ai beginnend, mit einer Ordnungszahl 1 bis n belegt; a'1 ist demzufolge der innere Radius der ersten Rille, a"1 deren äußerer Radius. Entsprechendes gilt für die Radien der äußersten Rille a'n bzw. a"n, aa ist der äußerste Radius des Rillenhorns. Die Tiefe der Rillen ist mit t1 bis tn bezeichnet, die Stirnflächen haben voneinander jeweils einen axialen Abstand la bis ln.For a clear determination of the dimensions given in table form for the further embodiments (FIGS. 3 and 8), each of the n grooves in FIG. 2, beginning with the inner waveguide with the inner radius a i , is assigned an ordinal number 1 to n; a ' 1 is therefore the inner radius of the first groove, a " 1 its outer radius. The same applies to the radii of the outermost groove a' n or a" n , a a is the outermost radius of the groove horn. The depth of the grooves is denoted by t 1 to t n , the end faces each have an axial distance l a to l n .

Der axiale Abstand dieser Stirnflächen bestimmt die Trichterkontur, deren Verlauf keiner prinzipiellen Einschränkung unterliegt. Technisch interessante Ausführungsformen sind durch die Einhaltung der Bedingung 1k ≧ 0, k = 1,2, ... n gekennzeichnet. Für derartige Rillenhörner ist ein Analyseverfahren zur Simulation der elektrischen Eigenschaften (Strahlnngsverhalten, Anpassung des Speisehohlleiters) entwiekelt worden, mit dem sich diese Strahler unter ßeräcksichtigung einer in Fig. 2 unten angedeuteten dielektrischen Abdeckplatte - ausgehend von bekannten Entwurfspraktiken- in einem Iterationsprozeß dimensionieren lassen. Diese Vorgehensweise ist dem herkömmlichen Entwurf auf empirischer Basis in bezug auf den Zeitaufwand deutlich überlegen. Anhand zweier Ausführungsbeispiele, in denen Strahler für einen Einsatz im X-Band bemessen wurden, soll die Branchbarkeit der erfindungsgemüß ausgebildeten Rillenhörner unter Beweis gestellt werden.The axial distance between these end faces determines the funnel contour, the course of which is not subject to any fundamental restriction. Technically interesting embodiments are characterized by compliance with the condition 1 k ≧ 0, k = 1,2, ... n. An analysis method for simulating the electrical properties (radiation behavior, adaptation of the feed waveguide) has been developed for such grooved horns, with which these radiators can be dimensioned in an iteration process, taking into account a dielectric cover plate indicated in FIG. 2 below, based on known design practices. This approach is clearly superior to the conventional empirical design in terms of time. The branchability of the grooved horns designed according to the invention is to be demonstrated on the basis of two exemplary embodiments in which radiators were dimensioned for use in the X-band.

Fig. 3 zeigt den maßstäblichen Längsschnitt eines Rillenhorns mit kleiner Apertur (Durchmesser 79 mm =̂ 2,63λ bei 10 GHz) und kurzer Baulänge (

Figure imgb0001
1 k = 21 mm =̂ 0, 7λ bei 10 GHz), das für geringe Ereuzpolarisation bemessen wurde. Hierzu ist es bei derart kompakten Hörnern nötig, die Trichterkontur zu profilieren. Erreicht wird dies durch die aus der folgenden Tabelle zu entnehmende Bemessung (Abmessungen in mm). In der ersten Spalte der Tabelle steht die in Fig. 2 erläuterte Ordnungszahl der Rille, danach folgen jeweils die inneren und äußeren Rillenradien, die Tiefen der Rillen und der axiale Abständeder Stirnflächen voneinander. Ausgegangen wird von einer Rillenzahl von n = 8, einem Speisehohlleiterradius ai von 11,5 mm und einem äußeren Radius des Rillenhorns von aa = 41 mm. - .
Figure imgb0002
 Fig. 3 shows the scale longitudinal section of a grooved horn with a small aperture (diameter 79 mm = ̂ 2.63λ at 10 GHz) and a short overall length (
Figure imgb0001
 1 k = 21 mm = ̂ 0.7λ at 10 GHz), which was dimensioned for low erectropolarization. With such compact horns, it is necessary to profile the funnel contour. This is achieved by the dimensioning shown in the following table (dimensions in mm). The first column of the table contains the atomic number of the groove explained in FIG. 2, followed by the inner and outer groove radii, the depths of the grooves and the axial spacing of the end faces from each other. The starting point is a number of grooves of n = 8, a feed waveguide radius a i of 11.5 mm and an outer radius of the groove horn of a a = 41 mm. -.
Figure imgb0002

In Fig. 4 sind die Strahlungseigenschaften dieses Horns für die Entwurfsfrequenz von 10 GHz dargestellt; sie zeichnen sich durch eine gute Rotationssymmetrie der Richtcharakteristik für die Hauptpolarisation sowie durch hohe Polarisationsreinheit ans. Die Frequenzgänge der Reflexionsdämpfung, der Keulenbreiten und der marimalen Fehlpolarisation sind in Fig. 5 bis 7 wiedergegeben. Die Eingangsreflexion des Strahlers (Fig. 5) wurde durch Verwendung tieferer Rillen am Hornhals optimiert; sie ist im wesentlichen durch das Verhältnis ai/λ bestimmt. Für Anwendungen, bei denen eine bessere Anpassung erforderlich ist, wird man einen größeren Hohlleiterdurchmesser vorsehen (siehe zweites Ausführungsbeispiel in Fig. 8).4 shows the radiation properties of this horn for the design frequency of 10 GHz; they are characterized by a good rotational symmetry of the directional characteristic for the main polarization and by high polarization purity. The frequency responses of the reflection attenuation, the beam widths and the maritime false polarization are shown in FIGS. 5 to 7. The input reflection of the emitter (FIG. 5) was optimized by using deeper grooves on the horn neck; it is essentially determined by the ratio a i / λ. For applications in which better adaptation is required, a larger waveguide diameter will be provided (see second exemplary embodiment in FIG. 8).

Die Richtdiagramme zeigen, daß der Strähler breitbandig einsetzbar ist. Die Form der Hauptkeule (Fig. 6) ist bis zum 15-dB-Punkt (typischer Wert für den Randabfall bei der Ausleuchtung eines primärfokus-gespeisten Parabolspiegels) in der E- und E-Ebene nahezu gleich und kaum frequenzabhängig. Zwischen 9 und 11 GHz ist die maximale Kreuzpolarisation in der 45°-Ebene (Fig. 7) deutlich besser als - 40 dB. Werte der Kreuzpolarisation um - 45 dB und darunter liegen an der Grenze des Anflösungsvermögens des verwendeten Me Bplatzes, wobei dann die Beiträge durch

  • - die echofreie ME Bkammer,
  • - die dem Erreger nachgeschalteten Hohlleiterkomponenten,
  • - die Fehlpolarisation der Sendeantenne,
  • - Ausrichtfehler von Sendeantenne und Me Bobjekt

in der GröBenordnung der Fehlpolarisation des zu untersuchenden Strahlers liegen. Das Phasenzentrum des Strahlers liegt in der Öffnung des Speisehohlleiters, es ist in allen Richtungen (bis etwa zum 15-dB-Punkt der Hanptkeule) und innerhalb des angegebenen Frequenzbandes praktisch konstant (± 10° maximale Variation).The directional diagrams show that the beam can be used over a wide range. The shape of the main lobe (FIG. 6) is almost the same up to the 15 dB point (typical value for the edge drop when illuminating a parabolic mirror fed by primary focus) in the E and E planes and is hardly frequency-dependent. Between 9 and 11 GHz, the maximum cross polarization in the 45 ° plane (FIG. 7) is significantly better than -40 dB. Cross polarization values of - 45 dB and below lie at the limit of the resolution of the Me B place used, whereby the contributions are then
  • - the echo-free ME Bkammer,
  • - the waveguide components downstream of the exciter,
  • - the incorrect polarization of the transmitting antenna,
  • - misalignment of transmitter antenna and Me Bobjekt

are in the order of magnitude of the incorrect polarization of the radiator to be examined. The phase center of the radiator lies in the opening of the feed waveguide, it is practically constant in all directions (up to about the 15 dB point of the Hanpt lobe) and within the specified frequency band (± 10 ° maximum variation).

Fig. 8 zeigt den maßstäblichen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dieser Strahler wurde ebenfalls für geringe Ereuzpolarisetion entworfen. Er hat die gleiche Aperturgröße und einen ähnlichen Konturverlauf wie der Strahler nach Fig. 3, aber einen größeren Speisehohlleiterdurchmesser. Um wiederum breitbandig niedrige Krenzpolarisation zn erreichen, mußte vornehmlich die Rillentiefe modifiziert werden.Fig. 8 shows the scale structure of a second embodiment of the invention. This spotlight became flat if designed for low erection polarization. It has the same aperture size and a similar contour profile as the radiator according to FIG. 3, but a larger feed waveguide diameter. In order to achieve low-band low polarization zn, the groove depth had to be modified.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Bemessung (Abmessungen in mm) für eine Rillenzahl von n = 7, einen Speisehohlleiterradins von ai = 15 mm und einen äußeren Radins eines Rillenhorns von aa = 41,0 mm.

Figure imgb0003
The following table shows the dimensioning (dimensions in mm) for a number of grooves of n = 7, a feed wheel of a i = 15 mm and an outer wheel of a groove horn of a a = 41.0 mm.
Figure imgb0003

wegen der sehr guten Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den mittels Rechnersimulation gewonnenen Eigenschaften der erfindungsgemäß ausgebildeten Rillenhörner nach Fig. 3 (vgl. Fig. 4 bis 7) ist für den Strahler nach Fig. 8 auf die Herstellung eines Modells verzichtet worden. Die in Fig. 9 angegebenen Daten sind Ergebnisse der Rechnersimulation Für die Hauptpolarisation dieses Strahlers erhält man bei der Entwurfsfrequenz von 10 GHz gemäß Fig. 9 nahezu die gleiche Richtcharakteristik wie beim Strahler nach Fig. 3, aber etwas höhere Fehlpolarisation. Wie man der nachstehenden Tabelle entnehmen kann, ist die maximale Kreuzpolarisation bei diesem Strahler aber weniger frequenzabhängig. Dieses Verhalten trifft in gleicher Weise auch für die Keulenbreite zu. Durch den größeren Durchmesser des Speisehohlleiters konnte die Reflezionsdämpfung deutlich verbessert werden.Because of the very good correspondence between the measured and the computer simulation-obtained properties of the grooved horns according to FIG. 3 (see FIGS. 4 to 7), the radiator according to FIG. 8 has been omitted from producing a model. The data given in FIG. 9 are the results of the computer simulation. For the main polarization of this radiator, at the design frequency of 10 GHz according to FIG. 9, almost the same directional characteristic is obtained as for the radiator according to FIG. 3, but somewhat higher incorrect polarization. As can be seen from the table below, the maximum cross polarization with this emitter is less frequency-dependent. This behavior applies in the same way to the club width. Due to the larger diameter of the feed waveguide, the reflection attenuation could be significantly improved.

Figure imgb0004
Figure imgb0004

Die behandelten Ausführungsformen gehen von einem rotationssymmetrischen Aufbau des Hornstrahlers aus. Ohne das Lösungsprinzip der Erfindung zu verlassen, sind jedoch auch Ausführungen mit elliptischem oder rechteckigem Querschnitt denkbar. Reben der in Fig. 2 gezeigten dielektrischen Abdeckung\ in der Apertur ist auch ein den Trichter ausfüllender dielektrischer Einsatz anwendbar.The embodiments discussed assume a rotationally symmetrical structure of the horn. Without departing from the solution principle of the invention, designs with an elliptical or rectangular cross section are also conceivable. If the dielectric cover \ shown in FIG. 2 is in the aperture, a dielectric insert filling the funnel can also be used.

Claims (10)

1. Hornstrahler, bei dem die sich trichterförmig erweiternde Innenwand des Horns mit parallel zur Strahlerachse eingeschnittenen Rillen versehen ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Stirnflächen der zwischen den Rillen verbleibenden Trennwände jeweils senkrecht zur Strahlerachse verlaufen und daß die Trichterkontur durch den axialen Abstand dieser Stirnflächen voneinander bestimmt ist (Fig.2).1. Horn radiator, in which the funnel-shaped inner wall of the horn is provided with grooves cut parallel to the radiator axis, characterized in that the end faces of the partition walls remaining between the grooves each run perpendicular to the radiator axis and that the funnel contour is determined by the axial distance between them End faces is determined from each other (Fig.2). 2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Tiefe und die Weite der Rillen und die Stärke der Trennwände zwischen den Rillen sowie die axialen Abstände der Stirnflächen voneinander entlang der Kontur konstant gehalten sind und demzufolge die durch die Stirnflächen der Trennwände festgelegte Kontur des Horns kegelförmig ausgebildet ist (Fig.2).2. Horn emitter according to claim 1, characterized in that the depth and width of the grooves and the thickness of the partition walls between the grooves and the axial spacing of the end faces from one another are kept constant along the contour and, consequently, that defined by the end faces of the partition walls Contour of the horn is conical (Fig.2). 3. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Tiefe und/oder Weite der Rillen und/oder die Stärke der Trennwände zwischen den Rillen entlang der Kontur entsprechend den gewünschten elektrischen Eigenschaften des Strahlers (Richtdiagramm für Hauptpolarisation, Größe der maximalen Fehlpolarisation, Eingangsreflexion) gestuft ausgebildet sind.3. Horn radiator according to claim 1, characterized in that the depth and / or width of the grooves and / or the thickness of the partitions between the grooves along the contour according to the desired electrical properties of the radiator (directional diagram for main polarization, size of the maximum false polarization , Input reflection) are graduated. 4. Hornstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die durch die Stirnflächen der Trennwände festgelegte Kontur des Horns glockenförmig ausgebildet ist (Fig.3, 8).4. Horn emitter according to claim 3, characterized in that the contour of the horn defined by the end faces of the partitions is bell-shaped (Fig. 3, 8). 5. Hornstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die durch die Stirnflächen der Trennwände festgelegte Kontur des Horn flaschenhalsförmig ausgebildet ist.5. Horn emitter according to claim 3, characterized in that the contour of the horn defined by the end faces of the partition walls is bottle-neck-shaped. 6. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Horn kreisförmigen Querschnitt aufweist (Fig.2, 3, 8).6. Horn emitter according to claim 1, characterized in that the horn has a circular cross-section (Fig.2, 3, 8). 7. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Horn elliptischen Querschnitt aufweist.7. Horn radiator according to claim 1, characterized in that the horn has an elliptical cross section. 8. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Horn rechteckigen Querschnitt aufweist.8. Horn emitter according to claim 1, characterized in that the horn has a rectangular cross section. 9. Hornstrahler nach Anspruch 1, 2 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in seiner Apertur eine dielektrische Abdeckung vorgesehen ist (Fig.2).9. Horn emitter according to claim 1, 2 or following, characterized in that a dielectric cover is provided in its aperture (Fig.2). 10. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß ein den Trichter ausfüllender dielektrischer Einsatz vorgesehen ist.10. Horn emitter according to claim 1, characterized in that a dielectric insert filling the funnel is provided.
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