DE2744841B2

DE2744841B2 - Sich exponentiell erweiternder Hornstrahler für eine Mikrowellenantenne

Info

Publication number: DE2744841B2
Application number: DE2744841A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(Grad.) Kienberger; Don John Rodrigo Dr.-Ing. Stock
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1979-12-20
Also published as: FR2405563A1; CH633915A5; NL7809551A; SE7810418L; GB1600668A; DE2744841A1; DE2744841C3; US4210915A; JPS5488756A; IT1099349B; JPS5947884B2; IT7828312A0; FR2405563B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen sich exponentiell erweiternden Hornstrahler für eine Mikrowellen- r> antenne, dessen Eintrittsöffnung einen Rechteckquerschnitt hat.

Ein Hornstrahler dieser Art, wie er aus der US-PS 3320341 bekannt ist, ermöglicht den unmittelbaren Anschluß des Hornstrahlers an einen Rechteckhohlleiter. Da aber der sich exponentiell erweiternde bekannte Hornstrahler bis zur Hornstrahlermündung einen rechteckigen Querschnitt hat, bestehen auf bestimmten Anwendungsgebieten Probleme hinsichtlich der Befestigung und räumlichen Unterbringung ·τ> der mit solchen Hornstrahlern ausgestatteten Mikrowellenantennen. Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Mikrowellenantenne als Meßfühler für die Füllstandmessung an einem Behälter montiert werden soll. In diesem Fall muß die Hornstrahlermündung an der Behälterwand gegenüber einer darin angebrachten öffnung befestigt werden. Dies geschieht gewöhnlich mittels eines Flansches oder eines Einschraubstücks. Diese Art der Befestigung ist jedoch im allgemeinen nur dann möglich, wenn die Horn- γ, Strahlermündung einen runden Austrittsquerschnitt hat.

Wegen des oft beschränkten verfügbaren Raums wird ferner eine möglichst kurze Baulänge der Mikrowellenantenne gefordert. Zu diesem Zweck ist es aus ho dem »Bulletin 7624 Al: M A-87127 Series« der Firma Microwave Associates, Inc., April 1977, bekannt, unmittelbar am Hornstrahlereingang einen Mikrowellenoszillator, beispielsweise einen Gunndioden-Oszillator, anzuordnen, der direkt mit dem Hornstrahler _b5 gekoppelt ist. Da derartige Oszillatoren gewöhnlich einen aus einem Rechteck-Hohlleiter gebildeten Resonator aufweisen, erfordert diese Bauweise den Anschluß eines Hornstrahlers mit Rechteckquerschnitt, der jedoch, wie zuvor erläutert, für die Befestigung mittels Flansch oder Einschraubstück schlecht geeignet ist.

Es sind zwar beispielsweise aus dei US-PS 4040061 Übergangsstücke bekannt, die einen Übergang von einem Rechteckhohlleiter zu einem runden Hornstrahlerquerschnitt ergeben, doch müssen solche Übergangsstücke eine Länge von einer bis zwei Wellenlängen haben, um eine reflexionsfreie Anpassung zu gewährleisten. Die Verwendung eines solchen Übergangsstücks vergrößert also die Baulänge beträchtlich.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines sich exponentiell erweiternden Hornstrahlers, der bei sehr kurzer Baulänge den unmittelbaren Anschluß eines Mikrowellenoszillators oder Hohlleiters mit rechtekkigem Austrittsquerschnitt erlaubt, jedoch einen für die Flanschbefestigung geeigneten runden Austrittsquerschnitt hat.

Ausgehend von einem sich exponentiell erweiternden Hornstrahler, dessen Eintrittsöffnung einen Rechteckquerschnitt hat, wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Hornstrahler im wesentlichen einen sich exponentiell erweiternden Kreisquerschnitt hat, und daß lediglich in einem Übergangsbereich von der Eintrittsöffnung bis zu der Stelle, an welcher der sich durch die exponentielle Erweiterung ergebende Kreisquerschnitt den Rechteckquerschnitt umschreibt, jeder Querschnitt des Hornstrahlers den Umrissen des Kreisquerschnitts folgt, soweit dieser außerhalb des Rechteckquerschnitts liegt, und den Umrissen des Rechteckquerschnitts folgt, soweit dieser außerhalb des Kreisquerschnitts liegt.

Bei dem Hornstrahler nach der Erfindung erfolgt der Übergang vom Rechteckquerschnitt zum runden Querschnitt innerhalb des Hornstrahlers selbst, also innerhalb der Baulänge eines vergleichbaren Hornstrahlers mit gleichbleibender Querschnittsform. Es wurde festgestellt, daß die angegebene allmähliche Änderung der Querschnittsform eine reflexionsfreie Anpassung ergibt, die nicht zur Entstehung störender Wellenformen führt. Auf diese Weise ist es möglich, an einen Hornstrahler mit rundem Austrittsquerschnitt unmittelbar einen Mikrowellenoszillator anzukoppeln, der einen rechteckigen Eintrittsquerschnitt erfordert. Dadurch läßt sich eine Mikrowellenantenne mit angebautem Oszillator realisieren, d;e bei sehr kurzem Aufbau eine gute Bündelung ergibt.

Ferner läßt sich die angegebene Form des Hornstrahlers auch gießtechnisch einfach realisieren, so daß die ganze Mikrowellenantenne als einstückiges Gußteil hergestellt werden kann.

Vorzugsweise ist an die Eintrittsseite des Hornstrahlers eine Kammer für die Aufnahme eines Mikrowellenoszillators angeformt.

Infolge des runden Austrittsquerschnitts kann der Hornstrahler an einer Wand so montiert werden, daß die Hornstrahlermündung an der Wand anliegt. Es ist aber auch möglich, die mit dem Hornstrahler ausgestattete Mikrowellenantenne einschließlich des angebauten Mikrowellenoszillators freistehend zu montieren; zu diesem Zweck ist vorzugsweise an der für die Aufnahme des Mikrowellenoszillators angeformten Kammer ein Fuß angebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Mikrowellenantenne mit einem Hornstrahler nach der Erfindung, wobei der Schnitt in der Ebene I-I von Fig. 2 liegt,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Mikrowellenantenne von Fig. 1, die in der unteren Hälfte in der Ebene H-II von Fig. 1 geschnitten ist,

Fig. 3 eine Stirnansicht der Mikrowellenantenne von Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Hornstrahler ι» in der Ebene E-F von Fig. 1 und 2,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Hornstrahler in der Ebe;;C G-H von Fig. 1 und 2, und

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Hornstrahler in der Ebene K-L von Fig. 1 und 2. i:>

Die in Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Mikrowellenantenne 1 ist ein einstückiges Guß- oder Formteil, dessen Hauptteil ein sich exponentiell erweiternder Hornstrahler 2 ist, an dessen Eintrittsseite eine kreisrunde, an der Rückseite offene Kammer 3 2» und an dessen Austrittsseite ein gleichfalls kreisrunder Randflansch 4 angeformt ist. Vier im rechten Winkel zueinander angeordnete Längsstege 5 erstrecken sich von der radialen Abschlußwand 6 der Kammer 3 in axialer Richtung entlang der Außenseite des Horn- r, Strahlers 2; diese Längsstege dienen zur Versteifung des Hornstrahlers.

Der eigentliche Hornstrahler 2 erstreckt sich von einer Eintrittsebene A-B, die mit der Außenfläche der Abschlußwand 6 der Kammer 3 zusammenfällt, j» bis zu einer Austrittsebene C-D (Fig. 2). Die in der Austrittsebene C-D liegende Mündung 7 des Hornstrahlers hat einen kreisrunden Querschnitt Q_A , wie Fig. 3 erkennen läßt; dagegen hat die in der Eintrittsebene A-B liegende Eintrittsöffnung 8 des Horn- r> Strahlers 2, die durch eine Durchbrechung in der Abschlußwand 6 gebildet ist, einen Rechteckquerschnitt R, der gleichfalls in der Stirnansicht von Fig. 3 zu erkennen ist.

Wenn hier und in der folgenden Beschreibung vom w »Querschnitt« des Hornstrahlers die Rede ist, so ist damit stets der senkrecht zur Hornachse stehende, von den Hornwänden begrenzte Querschnitt des freien Innenraums gemeint.

Man kann somit in der Längsrichtung des Horn- v-, Strahlers zwei unterschiedliche Bereiche definieren, die voneinander durch eine Ebene M-N getrennt sind:

- In dem Bereich zwischen der Ebene M-N und der Austrittsebene C-D hat der Hornstrahler an allen Stellen einen kreisrunden Querschnitt Q, -,o dessen Durchmesser nach einer Exponentialfunktion bis zum Austrittsquerschnitt Q_A zunimmt;

- in dem Bereich zwischen der Eintrittsebene A-B und der Ebene M-N findet ein allmählicher γ-, Übergang von dem Rechteckquerschnitt R der Eintrittsöffnung zu dem kreisrunden Querschnitt Q statt.

Die Ebene M-N liegt an der Stelle, an welcher der kreisrunde Querschnitt Q den Rechteckquer- «> schnitt R gerade umschreibt.

Würde man den kreisrunden Querschnitt Q gleichmäßig mit exponentiell Verjüngung bis zur Eintrittsebene A-B verlängern, so bestünde dort der in Fig. 3 angedeutete Kreisquerschnitt Q_E, der gerade _b ^r. in den Rechteckquerschnitt R eingeschrieben wäre und die beiden Breitseiten des Rechteckquerschnitts jeweils in deren Mitte tangieren würde.

Im Ubergangsbereich zwischen den Ebenen A-B und M-N folgt jeder Querschnitt des Hornstrahlers den Umrissen des durch die exponentielle Erweiterung an dieser Stelle bestehenden Kreisquerschnitts Q, soweit dieser außerhalb des Rechteckquerschnitts R liegt, während er den Umrissen des Rechteckquerschnitts R folgt, soweit dieser außerhalb des Kreisquerschnitts Q liegt. Der Gesamtquerschnitt entspricht somit an jeder Stelle des Übergangsbereichs der Vereinigung des Rechteckquerschnitts R und des Kreisquerschnitts Q.

Die Form des Hornstrahlers 2 in diesem Übergangsbereich gleicht somit, ausgehend von der Eintrittsöffnung 8, zunächst weitgehend der Form eines Rechteckhohlleiters, dessen Breitseiten 9 eine sich zur Mündung 7 hin keilförmig erweiternde, nach außen gewölbte Rundung 10 aufweisen, während die Schmalseiten 11 über den größten Teil der Länge des Übergangsbereichs ihre ebene Form beibehalten und erst kurz vor der Ebene M-N über nach außen gewölbte Rundungen 12 in den runden Querschnitt Q des Hornstrahlers 2 einmünden.

Man erkennt in der Schnittansicht von Fig. 4, die in der Ebene E-FvonFig. 21iegt,die noch vollständig bestehenden Schmalseiten 11 des Rechteckquerschnitts R, die noch bestehenden ebenen Abschnitte der Breitseiten 9 und die kreisrunden Auswölbungen 10, die den außerhalb des Rechteckquerschnitts R liegenden Abschnitten des Kreisquerschnitts Q an den beiden Breitseiten 9 entsprechen. In der Schnittansicht von Fig. 5, die in der Ebene G-H liegt, sind an die Breitseiten 9 fast vollständig in die Auswölbungen 10 aufgegangen, und der kreisrunde Querschnitt Q schneidet auch die Schmalseiten 11. An den Schmalseiten 11 bestehen somit gleichfalls nach außen gerichtete kreisrunde Auswölbungen 12, die schließlich in der Ebene M-N gemeinsam mit den Auswölbungen 10 in einen geschlossenen Kreisquerschnitt übergehen.

In der Schnittansicht von Fig. 6, die in der Ebene K-L liegt, hat der Hornstrahler vollständig den kreisrunden Querschnitt Q angenommen, der nunmehr größer als der Rechteckquerschnitt R ist.

Die beschriebene Ausbildung des Hornstrahlers ermöglicht innerhalb der Baulänge eines normalen Hornstrahlers einen Übergang von einem Rechteckquerschnitt zu einem Kreisquerschnitt, der eine reflexionsfreie Anpassung ergibt und nicht zur Entstehung unerwünschter Wellenformen führt. Es kann dadurch mit sehr kurzem Aufbau eine runde Apertur mit großer Bündelung erzielt werden. Ferner ist diese Form des Hornstrahlers auch leicht durch Gießen herzustellen.

In der Kammer 3 kann ein Mikrowellen-Oszillator mit Rechteck-Resonatorhohlraum untergebracht werden, der dann über die rechteckige Eintrittsöffnung 8 direkt mit dem Hornstrahler 2 gekoppelt ist. An der Kammer 3 kann ein Fuß 14 angebracht sein, mit dem die ganze Mikrowellenantenne einschließlich des in der Kammer 3 untergebrachten Mikrowellen-Oszillators auf einem Sockel befestigt werden kann. Diese Befestigungsart ist besonders dann günstig, wenn die Mikrowellenantenne als Bestandteil einer Mikrowellenschranke freistehend aufgestellt werden soll.

In anderen Anwendungsfällen, beispielsweise für die Füllstandmessung in Behältern, ist es erforderlich, die Mikrowellenantenne so anzubringen, daß die

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Mündung des Hornstrahlers einer öffnung in einer umgibt. Die Mikrowellenantenne wird mit der Si

Wand gegenüberliegt. Zu diesem Zweck ist am Um- fläche des Umfangsrandes 21 an die Wand rings

fang des Randflansches 4 ein axial nach vorn ragender die Öffnung angesetzt und beispielsweise mit Hilf

Umfangsrand 21 angeformt, der eine vor der Horn- nes an der Rückseite des Ringflansches 4 anlieger

mündung liegende flache kreisrunde Ausnehmung 22 ^r-> Klemmrings an die Wand angepreßt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sich exponentiell erweiternder Hornstraluler für eine Mikrowellenantenne, dessen Eintrittsöffnung einen Rechteckquerschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Hornstrahler (2) im wesentlichen einen sich exponentiell erweiternden Kreisquerschnitt (Q) hat, und daß lediglich in einem Übergangsbereich von der Eintrittsöffnung ι ο (8) bis zu der Stelle, an welcher der sich durch die exponentiell Erweiterung ergebende Kreisquerschnitt (Q) den Rechteckquerschnitt (R) umschreibt, jeder Querschnitt des Hornstrahler (2) den Umrissen des Kreisquerschnitts (Q) folgt, soweit dieser außerhalb des Rechteckquerschnitts (R) liegt, und den Umrissen des Rechteckquerschnitts (R) folgt, soweit dieser außerhalb des Kreisquerschnitts (Q) liegt.

2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eintrittsseite des Hornstrahlers (2) eine Kammer (3) für die Aufnahme eines Mikrowellenoszillators angeformt ist.

3. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kammer (3) ein Fuß (14) r> zur Befestigung der aus Mikrowellenoszillator und Hornstrahler (2) bestehenden Baugruppe angebracht ist.