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Dokumentenidentifikation DE602004000083T2 18.05.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001489688
Titel Speise für Reflektorantenne
Anmelder Alcatel, Paris, FR
Erfinder Tuau, Denis, 44570 Trignac, FR;
Greiff, Michael, 53343 Wachtberg-Berkum, DE;
Le Bayon, Armel, 44500 La Baule, FR
Vertreter Patentanwälte U. Knecht und Kollegen, 70435 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 602004000083
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 16.06.2004
EP-Aktenzeichen 042915405
EP-Offenlegungsdatum 22.12.2004
EP date of grant 07.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.05.2006
IPC-Hauptklasse H01Q 19/19(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die Erfindung liegt im Sachgebiet der Speisevorrichtungen für Reflektorantennen. Sie betrifft außerdem eine mit einer solchen Speisevorrichtung ausgerüstete Antenne.

In der Patentanmeldung EP 1 221 740 wird unter Bezug auf 1 eine Antenne 1 beschrieben, die über einen Hauptreflektor 10 und eine Speisevorrichtung 12 verfügt. Die Antenne 1 weist eine Rotationssymmetrie um eine Achse OO' der Antenne auf. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt in einer Ebene, in welcher die Symmetrieachse OO' liegt. Die Antenne 1 beinhaltet einen Hauptreflektor 10, der eine Konkavität aufweist und beispielsweise die Form eines Rotationsparaboloids um die Achse OO' hat, so daß sich eine in Richtung der Achse OO' bezeichnete Richtwirkung ergibt. Eine Vorrichtung 12 zum Speisen der Antenne 1 ist entlang der Achse OO' der Antenne 1 in dem Teil des Reflektors angeordnet, der die Konkavität aufweist. Sie weist wie die gesamte Antenne eine Rotationssymmetrie um die Achse OO' auf. Diese Speisevorrichtung 12 ist in 2 ausführlicher dargestellt. Sie beinhaltet entlang der Achse OO' in einer vom Zentrum des Reflektors 10 ausgehenden und im Inneren der Konkavität liegenden Richtung einen Wellenleiterabschnitt 20. Was die Speisevorrichtung 12 betrifft, so ist zu berücksichtigen, daß ein erstes Ende 21 dieses Wellenleiters 20 durch die Stelle gebildet wird, an der dieser Wellenleiter 20 den Hauptreflektor 10 durchquert. Dieses erste Ende ist im Zentrum des Hauptreflektors 10 angeordnet. Ein zweites Ende 22 des Wellenleiters 20 liegt einem Subreflektor 24 gegenüber. Der Subreflektor 24 schneidet die Achse OO'. Er ist um die Achse OO' rotationssymmetrisch. Er weist eine Konvexität auf, die der Konkavität des Hauptreflektors 10 gegenüberliegt. Der Außendurchmesser des Subreflektors 24 ist größer als der Durchmesser des Wellenleiters 20. Die genaue Form dieses Subreflektors 24 wird durch seine Funktion bestimmt. In einem Empfangsmodus reflektiert der Subreflektor 24 die vom Hauptreflektor 10 kommenden elektromagnetischen Wellen in Richtung des Wellenleiters 20. In einem Sendemodus reflektiert der Subreflektor 24 die vom Wellenleiter 20 kommenden elektromagnetischen Wellen in Richtung des Hauptreflektors 10. Um die elektromagnetischen Wellen auf den Bereich zwischen dem zweiten Ende 22 des Wellenleiters 20 und dem Subreflektor 24 zu begrenzen, besteht ein Teil der Speisevorrichtung 12 aus einem dielektrischen Körper 23, der das zweite Ende 22 des Wellenleiters 20 mit dem Subreflektor 24 verbindet. Die Begrenzung der elektromagnetischen Wellen auf den Bereich zwischen dem zweiten Ende 22 des Wellenleiters 20 und dem Subreflektor 24 gewährleistet eine bessere elektromagnetische Kopplung zwischen dem Subreflektor 24 und dem Hauptreflektor 10.

Der dielektrische Körper 23 besitzt einen Teil 31 außerhalb des Wellenleiters 20 und einen Teil 30 innerhalb dieses Wellenleiters. Wegen der Maßdifferenz zwischen dem Durchmesser des Subreflektors 24 und dem Durchmesser des Wellenleiters 20 weist eine Außenfläche 29 des dielektrischen Körpers 23 eine Kegelstumpfform mit zwei Enden auf, von denen das eine einen kleinen und das andere einen großen Durchmesser hat. Das Ende mit dem kleinen Durchmesser ist mit dem zweiten Ende 22 des Wellenleiters 20 verbunden. Der kleine Durchmesser ist ungefähr gleich dem Durchmesser des Wellenleiters 20. Der große Durchmesser ist ungefähr gleich dem Außendurchmesser des Subreflektors 24.

Um die Kopplung zwischen dem dielektrischen Körper 23 und der Luft um die Kegelstumpffläche 29 des dielektrischen Körpers 23 herum zu verbessern, ist diese letztere mit Nuten oder Furchen versehen, die eine Rotationssymmetrie um die Achse OO' aufweisen. Infolgedessen weist die Kegelstumpffläche 29 Erhöhungen 25 und Vertiefungen 28 auf. Diese Furchen verhindern eine Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen entlang der Oberfläche des Subreflektors 24 unabhängig davon, ob das elektrische Feld dieser Wellen normal oder tangential zu dieser Fläche verläuft. Daraus folgt, daß das Richtdiagramm der Antenne 1 eine größere Richtwirkung in Richtung einer Hauptkeule der Antenne und somit eine weniger stark ausgeprägte Dispersion in den Nebenkeulen aufweist. Der Subreflektor 24 besteht im allgemeinen aus einer auf einer Oberfläche des dielektrischen Körpers 23 aufgebrachten metallischen Schicht. Das durch die metallische Schicht begrenzte Volumen von konkaver Form, das den Subreflektor 24 bildet, wird im allgemeinen mit einem Dielektrikum ausgefüllt. Der innerhalb des Wellenleiters liegende Teil 30 des dielektrischen Körpers besitzt seinerseits in Höhe des Endes 22 einen Abschnitt 27, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Wellenleiters 20 ist. An diesen Abschnitt 27 schließt sich in Richtung des ersten Endes 21 ein zweiter Abschnitt 26 an, dessen Durchmesser sich in einer Stufe oder in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen verringert. Diese strukturelle Eigenschaft verbessert die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Wellenleiter 20 und dem dielektrischen Körper 23. Auf diese Weise verringert sich insbesondere die Verlustrate aufgrund von Reflexionen.

Die beschriebene Antenne besitzt zwar gegenüber anderen Antennen, die diese Eigenschaften nicht aufweisen, ein verbessertes Verhalten, hat aber dafür eine Bandbreite, die durch die Einschränkungen begrenzt ist, welche sich durch den maximal zulässigen Wert für die reflexionsbedingte Verlustrate ergeben. Ihr Strahlungsdiagramm zeigt wegen eines ungenügenden Phasenwirkungsgrades und eines entsprechend hohen Niveaus der Nebenkeulen nur ein begrenztes Richtungsmaß. Bekanntlich ist das Phasenzentrum definiert als das Zentrum einer Kugelwellenfront. Im Idealfall ist dieses Zentrum ein Punkt. In diesem Fall ist der Phasenwirkungsgrad gleich 1. In der Praxis ist das Zentrum jedoch nur ungenau definiert und ähnelt vielmehr einem kleinen Volumen. In diesem Fall ist der Phasenwirkungsgrad geringer als 1. Der Phasenwirkungsgrad eines Strahlungsdiagramms kann mit der nachstehenden Formel PE1 berechnet werden.

In dieser Formel ist cos45(&thgr;) die Komponente des elektrischen Feldes in der 45°-Ebene.

Gegenüber dem soeben beschriebenen Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Kopplung zwischen dem Wellenleiter 20 und dem Hauptreflektor 10 insbesondere durch eine Verringerung der reflexionsbedingten Verlustrate weiter zu verbessern. Deshalb ist unter denselben einschränkenden Bedingungen wie beim Stand der Technik bezüglich des maximal zulässigen Wertes des Reflexionsgrades der Durchlaßbereich einer Antenne unter Verwendung der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung größer. Die Erfindung zielt außerdem darauf ab, der Antenne einen besseren Phasenwirkungsgrad zu verleihen, was das Strahlungsdiagramm der Antenne verbessert und bewirkt, daß ein größerer Anteil der abgestrahlten Gesamtenergie auf ihre Hauptkeule entfällt. Schließlich zielt die Erfindung darauf ab, die Form des dielektrischen Körpers und damit seine Herstellung zu vereinfachen. Schließlich gestattet es die Anwendung der Erfindung, bei gleichem Antennenwirkungsgrad den als metallische Schicht auf einer rückseitigen Fläche des Dielektrikums ausgeführten Subreflektor klein zu halten.

Zum Erreichen aller dieser Ziele bezieht sich die Erfindung auf eine Antennen-Speisevorrichtung, welche auf einer Achse OO' angeordnet und zentriert

  • – einen Wellenleiter mit einem Innendurchmesser dpipe sowie einem ersten und einem zweiten Ende, ferner
  • – einen dielektrischen Körper mit einem Teil innerhalb des Wellenleiters und einem Teil außerhalb des Wellenleiters, wobei dieser äußere Teil einen kegelstumpfförmigen Teil mit einer kegelstumpfförmigen äußeren Seitenfläche mit zwei Enden, nämlich einem Ende mit großem Durchmesser sowie einem Ende mit kleinem Durchmesser, sowie
  • – einen an der Seite des Endes mit großem Durchmesser positionierten Subreflektor von besagter Stumpfkegelform beinhaltet,
in welcher ferner der äußere Teil außer dem kegelstumpfförmigen Teil einen zylindrischen Teil mit einem Durchmesser beinhaltet, welcher größer als der Innendurchmesser dpipe des Wellenleiters ist, wobei dieser zylindrische Teil an der Seite mit seinem kleinen Durchmesser mit dem kegelstumpfförmigen Teil verbunden ist, und wobei die äußere kegelstumpfförmige Seitenfläche des dielektrischen Körpers glatt ist.

In einer Ausführungsform ist der Wert des kleinen Durchmessers des kegelstumpfförmigen Teils größer als der Wert des Durchmessers des äußeren zylindrischen Teils des dielektrischen Körpers.

In einer Variante dieser Ausführungsform wird eine Verbindungsfläche des dielektrischen Körpers zwischen dem äußeren zylindrischen Teil und dem Ende des kleinen Durchmessers des kegelstumpfförmigen Teils des besagten dielektrischen Körpers durch einen ebenen kreisförmigen Kreisring gebildet, der senkrecht zur Achse OO' liegt und durch zwei auf der Achse OO' zentrierte konzentrische Kreise begrenzt wird, von denen der eine einen Durchmesserwert gleich dem Durchmesser des äußeren zylindrischen Teils besitzt und der Durchmesserwert des anderen gleich dem Wert des kleinen Durchmessers der kegelstumpfförmigen äußeren Seitenfläche ist.

Die axiale Länge des äußeren zylindrischen Teils des dielektrischen Körpers liegt vorzugsweise zwischen &lgr;/4 und &lgr;/2, wobei &lgr; die Freiraumwellenlänge einer elektromagnetischen Welle bezeichnet, welche die Mittenfrequenz des Frequenzbandes aufweist, auf das die Antenne abgestimmt ist.

In einer Ausführungsform, in welcher der Wert der Dielektrizitätskonstanten &egr;r des Materials, aus dem der dielektrische Körper besteht, in der Nähe von 2,5 liegt, hat der Winkel am Scheitelpunkt &thgr; der kegelstumpfförmigen Fläche des dielektrischen Körpers einen Wert in der Nähe von 30°.

Es wird nun ein Realisierungsbeispiel in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen

  • • die bereits beschriebene 1 einen schematischen Längsschnitt in einer Ebene zeigt, die durch eine Symmetrieachse einer Antenne verläuft, welche einen Hauptreflektor und eine Speisevorrichtung beinhaltet. Diese Abbildung, die dafür vorgesehen ist, die relativen Positionen des Hauptreflektors und der Speisevorrichtung zu veranschaulichen, bezieht sich sowohl auf den Stand der Technik als auch auf die vorliegende Erfindung.
  • • die bereits beschriebene 2 einen schematischen Schnitt in einer Ebene zeigt, die durch die Symmetrieachse der Antenne und eine Antennen-Speisevorrichtung gemäß dem Stand der Technik verläuft,
  • 3 einen schematischen Schnitt in einer Ebene zeigt, die durch die Symmetrieachse der Antenne und einer Antennen-Speisevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verläuft,
  • • die 4A und 4B jeweils eine Kurve zeigen, die als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert der reflexionsbedingten Verlustrate für eine auf 15 Gigahertz abgestimmte Antenne gemäß dem Stand der Technik in 4A und für eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in 4B wiedergibt,
  • • die 5A und 5B jeweils eine Kurve zeigen, die als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert der reflexionsbedingten Verlustrate für eine auf 19 Gigahertz abgestimmte Antenne gemäß dem Stand der Technik in 5A und für eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in 5B wiedergibt,
  • 6A für eine auf 15 Gigahertz abgestimmte Antenne zwei Kurven zeigt, die jeweils als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert des auf der Ordinate aufgetragenen Richtungsmaßes wiedergeben, wobei die eine der beiden Kurven das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß dem Stand der Technik und die andere das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 6B für eine auf 19 Gigahertz abgestimmte Antenne zwei Kurven zeigt, die jeweils als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert des auf der Ordinate aufgetragenen Richtungsmaßes wiedergeben, wobei die eine der beiden Kurven das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß dem Stand der Technik und die andere das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

In allen Zeichnungen einschließlich derer, sie sich auf den Stand der Technik beziehen, bezeichnen identische Referenznummern Elemente, die identische oder ähnliche Funktionen haben.

Unter Bezug auf die 1 und 3 wird nun ein Realisierungsbeispiel ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 ist die erfindungsgemäße Speisevorrichtung 12 wie diejenige nach dem Stand der Technik für eine Antenne 1 vorgesehen, die eine Rotationssymmetrie um eine Achse OO' der Antenne 1 aufweist. Wie im Beispiel des Standes der Technik beinhaltet eine mit einer erfindungsgemäßen Speisevorrichtung 12 versehene Antenne 1 einen Hauptreflektor 10, der eine Konkavität aufweist und beispielsweise die Form eines Rotationsparaboloids um die Achse OO' hat, so daß sich eine in Richtung der Achse OO' bezeichnete Richtwirkung ergibt. Die Vorrichtung 12 zum Speisen der Antenne 1 ist entlang der Achse OO' der Antenne 1 in dem Teil des Reflektors angeordnet, der die Konkavität aufweist. Sie weist wie die gesamte Antenne eine Rotationssymmetrie um die Achse OO' auf.

In 3 ist das Beispiel der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung 12 ausführlicher dargestellt. Diese beinhaltet entlang der Achse OO' in einer Richtung, die vom Mittelpunkt des Reflektors 10 ausgeht und im Inneren der Konkavität liegt, einen Abschnitt des Wellenleiters 20. Ein erstes Ende 21 dieses Wellenleiters 20 wird durch den Punkt gebildet, an dem dieser Wellenleiter 20 den Hauptreflektor 10 durchquert. Dieses erste Ende befindet sich im Zentrum des Hauptreflektors 10. Ein zweites Ende 22 des Wellenleiters 20 befindet sich gegenüber einem Subreflektor 24. Wie beim bisherigen Stand der Technik schneidet der Subreflektor 24 die Achse OO'. Er hat eine rotationssymmetrische Form um die Achse OO' herum. Er weist ferner gegenüber der Konkavität des Hauptreflektors 10 eine Konvexität auf. Der Außendurchmesser des Subreflektors 24 ist größer als der Durchmesser des Wellenleiters 20. Um die elektromagnetischen Wellen auf den Bereich zwischen dem zweiten Ende 22 des Wellenleiters 20 und dem Subreflektor 24 zu begrenzen, besteht ein Teil der Speisevorrichtung 12 aus einem dielektrischen Körper 23, der das zweite Ende 22 des Wellenleiters 20 mit dem Subreflektor 24 verbindet.

Die Erfindung unterscheidet sich durch die Form eines äußeren Teils 31 dieses dielektrischen Körpers 23 wesentlich vom Stand der Technik. Wie ebenfalls deutlich werden wird, gestattet es die erfindungsgemäße Form des dielektrischen Körpers 23 bei gleichem Wirkungsgrad, die Abmessungen des Subreflektors 24 zu verringern.

Der dielektrische Körper 23 wird aus zwei aneinandergrenzenden Teilen gebildet, und zwar aus einem innerhalb des Wellenleiters 20 liegenden Teil 30 und einem außerhalb des Wellenleiters 20 liegenden Teil 31. Dieser äußere Teil 31 beinhaltet einen kegelstumpfförmigen Teil 35 mit einer kegelstumpfförmigen äußeren Seitenfläche 29 mit zwei Enden 32 und 33, nämlich einem Ende 32 mit großem Durchmesser sowie einem Ende 33 mit kleinem Durchmesser. Die äußere Seitenfläche 29 des kegelstumpfförmigen Teils 35 ist glatt, beinhaltet also im Gegensatz zum Stand der Technik keine Nuten oder Furchen.

Das den kleinen Durchmesser aufweisende Ende 33 der äußeren Seitenfläche 29 des kegelstumpfförmigen Teils 35 ist mit einem ebenfalls außerhalb des Wellenleiters 20 liegenden zylindrischen Teil 34 des dielektrischen Körpers 23 verbunden. Dieser zylindrische Teil 34 ist wie der Rest des dielektrischen Körpers 23 rotationssymmetrisch um die Achse OO'. Der zylindrische Teil 34 besitzt ein erstes Ende 22, das mit dem zweiten Ende 22 des Wellenleiters 20 zusammenfällt, sowie ein zweites Ende 37, an welchem sich dieser zylindrische Teil 34 in Höhe seines den kleinen Durchmesser aufweisenden Endes 33 an die Kegelstumpfform 35 anschließt. Der kleine Durchmesser des kegelstumpfförmigen Teils 35 ist größer als der Durchmesser des zylindrischen Teils 34. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des zylindrischen Teils 34 das 1,1- bis 1,3-fache des Innendurchmessers dpipe des Wellenleiters 20. Der große Durchmesser der Kegelstumpfform 35 ist ungefähr gleich dem Außendurchmesser des Subreflektors 24.

Der Teil 30 des dielektrischen Körpers 23 innerhalb des Wellenleiters 20 besitzt seinerseits in Höhe des Endes 22 einen Abschnitt 27, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Wellenleiters 20 ist. An diesen Abschnitt 27 schließt sich in Richtung des ersten Endes 21 ein zweiter Abschnitt 26 an, dessen Durchmesser sich in einer Stufe oder in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen verringert. Diese strukturelle Eigenschaft verbessert die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Wellenleiter 20 und dem dielektrischen Körper 23. Auf diese Weise verringert sich insbesondere die Verlustrate aufgrund von Reflexionen.

In dieser Realisierungsform erscheint der zylindrische Teil 34 als zusätzliche Durchmesser-Sprungstelle, die sich in Richtung nach außen an die aufeinanderfolgenden Durchmesser-Sprungstellen des Innenteils 30 anschließt.

In dem in Verbindung mit 3 beschriebenen Realisierungsbeispiel ist der Wert des kleinen Durchmessers des kegelstumpfförmigen Teils 35 größer als der Wert des Durchmessers des äußeren zylindrischen Teils 34 des dielektrischen Körpers 23. Aus diesem Grund liegt eine zusätzliche äußere Sprungstelle vor.

In diesem Beispiel wird eine Verbindungsfläche 36 des dielektrischen Körpers 23 zwischen dem äußeren zylindrischen Teil 34 und dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Ende 33 des kegelstumpfförmigen Teils 35 durch einen ebenen Kreisring 36 gebildet, der senkrecht zur Achse OO' liegt und durch zwei auf der Achse OO' zentrierte konzentrische Kreise begrenzt wird, von denen der eine einen Durchmesserwert gleich dem Durchmesser des äußeren zylindrischen Teils 34 besitzt und der Durchmesserwert des anderen gleich dem Wert des kleinen Durchmessers der kegelstumpfförmigen Seitenfläche 29 ist. Diese Anordnung ist nicht obligatorisch; insbesondere könnte die Verbindungsfläche zwischen dem zweiten Ende 37 des zylindrischen Teils 34 und dem kegelstumpfförmigen Teil 35 beispielsweise aus einer kegelstumpfförmigen Fläche gebildet werden, welche das Ende 37 des zylindrischen Teils 34 und das Ende 33 der kegelstumpfförmigen Seitenfläche 29 verbindet. Der Scheitelpunkt der kegelstumpfförmigen Verbindungsfläche wäre in diesem Fall näher am Subreflektor 24 als das Ende 37.

Vorzugsweise liegt die axiale Breite des zylindrischen Teils 34 außerhalb des dielektrischen Körpers 23 zwischen &lgr;/4 und &lgr;/2, wobei &lgr; die Freiraumwellenlänge des Wertes einer elektromagnetischen Welle bezeichnet, welche die Mittenfrequenz eines Frequenzbandes aufweist, auf das die Antenne 1 abgestimmt ist. Wenn es sich beim Wellenleiter um einen Leiter handelt, der die Welle im Grundmodus passieren läßt, beträgt der Innendurchmesser des Wellenleiters rund 0,65&lgr;. Somit liegt die axiale Länge des äußeren zylindrischen Teils 34 des dielektrischen Körpers 23 zwischen d/1,3 und d/2,6, wobei d den Innendurchmesser des Wellenleiters bezeichnet.

Im hier gezeigten Realisierungsbeispiel liegt der Wert der Dielektrizitätskonstanten &egr;r des Materials, aus dem der dielektrische Körper 23 besteht, in der Nähe von 2,5. Der Wert des Winkels &thgr; im Scheitelpunkt der kegelstumpfförmigen Fläche 29 des dielektrischen Körpers liegt in der Nähe von 30°.

Der Subreflektor 24 ist wie beim Stand der Technik auf eine Seite des dielektrischen Körpers 23 aufgebracht, welche die Achse OO' schneidet. Er weist eine polynomische Form auf. Damit ist gemeint, daß das Profil der metallisierten Oberfläche des Subreflektors einer polynomischen Kurve folgt, welche im allgemeinen gemäß der Formel a + bX + cX2 + dX3 maximal von dritter Ordnung ist, wobei a, b, c und d null sein können. Nachfolgend werden Parabol-Richtantennen von 0,65 Metern Durchmesser, die eine Speisevorrichtung der im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Art beinhalten, mit Parabol-Richtantennen von 0,65 Metern Durchmesser verglichen, die gemäß dem im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Realisierungsbeispiel hergestellt wurden.

Die 4A und 4B zeigen jeweils eine Kurve, welche als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert der reflexionsbedingten Verlustrate für eine auf 15 Gigahertz abgestimmte Antenne gemäß dem Stand der Technik in 4A und für eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in 4B wiedergeben.

Die Messungen der reflexionsbedingten Verlustraten werden für Frequenzen von 14 bis 16 Gigahertz durchgeführt.

Die 5A und 5B zeigen jeweils eine Kurve, welche als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert der reflexionsbedingten Verlustrate für eine auf 19 Gigahertz abgestimmte Antenne gemäß dem Stand der Technik in 5A und für eine Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in 5B wiedergeben.

Die Messungen der reflexionsbedingten Verlustraten werden für Frequenzen von 17 bis 20 Gigahertz durchgeführt.

In beiden Fällen ist festzustellen, daß das Frequenzband der Antenne mit der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung erweitert ist, da sich für die auf 15 GHz abgestimmten Antennen das 1,15 GHz breite Band von 14,2 bis 15,35 GHz auf ein 2 GHz breites Band von 14 bis 16 GHz und für die auf 19 GHz abgestimmten Antennen das 2 GHz breite Band von 17,7 bis 19,7 GHz auf ein 3 GHz breites Band von 17 bis 20 GHz vergrößert.

In beiden Fällen dürfte der Reflexionsgrad den Durchlaßbereich nicht nachteilig beeinflussen, wenn dieser Grad unter -20 Dezibel liegt.

6A zeigt für eine auf 15 GHz abgestimmte Antenne zwei Kurven a und b, die jeweils als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert des auf der Ordinate aufgetragenen Richtungsmaßes wiedergeben, wobei die gestrichelte Kurve a das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß dem Stand der Technik und die Kurve b das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie man sieht, beträgt der mittlere differentielle Richtwirkungsgewinn zwischen etwa 13,5 und 15,5 Gigahertz bei der Antenne mit der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung rund 1,4 Dezibel.

6B zeigt für eine auf 19 Gigahertz abgestimmte Antenne zwei Kurven a und b, die jeweils als Funktion des auf der Abszisse aufgetragenen Wertes der Frequenz den Wert des auf der Ordinate aufgetragenen Richtungsmaßes wiedergeben, wobei die gestrichelte Kurve a das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß dem Stand der Technik und die Kurve b das Richtungsmaß für eine Speisevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie man sieht, beträgt der mittlere differentielle Richtwirkungsgewinn zwischen etwa 17,7 und 19,7 Gigahertz bei der Antenne mit der erfindungsgemäßen Speisevorrichtung rund 1 Dezibel.

Dies macht sich durch die Tatsache bemerkbar, daß für jede der beiden Antennen die in der Hauptkeule enthaltene Energie in der Größenordnung von 66% der Gesamtenergie liegt, während dieser Anteil für eine Antenne nach dem Stand der Technik kaum 50% beträgt.


Anspruch[de]
  1. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1), welche auf einer Achse OO' angeordnet und zentriert

    – einen Wellenleiter (20) mit einem Innendurchmesser dpipe sowie einem ersten (21) und einem zweiten Ende (22), ferner

    – einen dielektrischen Körper (23) mit einem Teil (27) innerhalb des Wellenleiters (20) und einem Teil (31) außerhalb des Wellenleiters (20), wobei dieser äußere Teil (31) einen kegelstumpfförmigen Teil (35) mit einer kegelstumpfförmigen äußeren Seitenfläche (29) mit zwei Enden (32, 33) beinhaltet, nämlich einem Ende mit großem Durchmesser (32) und einem Ende (33) mit kleinem Durchmesser, sowie

    – einen auf der Seite des Endes (33) mit großem Durchmesser positionierten Subreflektor (24) von besagter stumpf kegelartiger Form (35) beinhaltet,

    dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (31) außer dem kegelstumpfförmigen Teil (35) einen zylindrischen Teil (34) mit einem Durchmesser beinhaltet, welcher größer als der Innendurchmesser dpipe des Wellenleiters (20) ist, wobei dieser zylindrische Teil (34) auf der Seite seines den kleinen Durchmesser aufweisenden Endes (32) mit dem kegelstumpfförmigen Teil (35) verbunden ist, sowie dadurch, daß die äußere kegelstumpfförmige Seitenfläche (29) des dielektrischen Körpers (23) glatt ist.
  2. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des kleinen Durchmessers des kegelstumpfförmigen Teils (35) größer als der Wert des Durchmessers des äußeren zylindrischen Teils (34) des dielektrischen Körpers (23) ist.
  3. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsfläche (36) des dielektrischen Körpers zwischen dem äußeren zylindrischen Teil (34) und dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Ende (33) des kegelstumpfförmigen Teils (35) des besagten dielektrischen Körpers (23) durch einen ebenen Kreisring (36) gebildet wird, der senkrecht zur Achse OO' liegt und durch zwei auf der Achse OO' zentrierte konzentrische Kreise begrenzt wird, von denen der eine einen Durchmesserwert gleich dem Durchmesser des äußeren zylindrischen Teils (34) besitzt und der Durchmesserwert des anderen gleich dem Wert des kleinen Durchmessers der kegelstumpfförmigen äußeren Seitenfläche (29) ist.
  4. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des äußeren zylindrischen Teils (34) des dielektrischen Körpers (23) vorzugsweise zwischen &lgr;/4 und &lgr;/2 liegt, wobei &lgr; die Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Welle bezeichnet, welche die Mittenfrequenz des Frequenzbandes aufweist, auf das die Antenne (1) abgestimmt ist.
  5. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Dielektrizitätskonstanten &egr;r des Materials, aus welchem der dielektrische Körper (23) besteht, in der Nähe von 2,5 und der Wert des Winkels &thgr; am Scheitelpunkt der Fläche des dielektrischen Körpers in der Nähe von 30° liegt.
  6. Speisevorrichtung (12) für eine Antenne (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Durchmessers des äußeren zylindrischen Teils (34) das 1,1- bis 1,3-fache des Innendurchmessers dpipe des Wellenleiters (20) beträgt.
  7. Mit einem Reflektor ausgestattete Richtantenne, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einer Speisevorrichtung gemäß einem der vorgenannten Ansprüche versehen ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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