Gegenstand der Erfindung ist ein Hornstrahler zur gerichteten Ausstrahlung
sehr kurzer elektrischer Wellen, insbesondere solcher im Dezimeter-und Zentimeterbereich.
.The invention relates to a horn antenna for directed radiation
very short electrical waves, especially those in the decimeter and centimeter range.
.
Die zur gerichteten (Ausstrahlung von sehr kurzen Wellen dienenden
Hornstrahler besitzen gegenüber Parabolspiegeln und Dipolsystemen den Vorteil, daß
sie eine außerordentlich hohe Verstärkung in der Strahlungsrichtung ergeben und
ihr mechanischer Aufbau verhältnismäßig einfach ist. Ein gewisser Nachteil besteht
nur darin, daß zur Erreichung einer optimalen Verstärkung die Länge des Trichterkörpers
relativ groß im Verhältnis zum Trichteröffnungsdurchmesser sein muß. Die große Länge
ist erforderlich, um .den Gangunterschied der Wellenfront von der :Titte zum Rand
hin möglichst auszugleichen, da zur Erzielung einer guten Richtcharakteristik am
Trichterausgang eine möglichst ebene Wellenfront vorhanden sein muß. In der i- Abb.
i ist z. B. ein Hornstrahler dargestellt, der aus einem Trichterkörper 2 mit angeschlossenem
Höhlrohrleiter 3 besteht. iBzi einem gegebenenDurchmesserd derTrichteröffnung muß
die Trichterlänge zur Erzielung einer guten Verstärkung so gewählt werden, .däß
der Offnungswinkel a 3 bis 5° beträgt. Bei einemÖffnungsdurchmesser von
50 cm (5 A, bei einer Wellenlänge von @ = io cm) ergibt sich etwa eine Länge
von 5 in (5o.1). Eine derartige Baulänge ist jedoch in jedem Fall unerwünscht.The horn antennas used for the directional (emission of very short waves) have the advantage over parabolic mirrors and dipole systems that they produce an extremely high gain in the direction of radiation and their mechanical structure is relatively simple The length of the funnel body must be relatively large in relation to the funnel opening diameter. The great length is necessary in order to compensate for the path difference of the wave front from the center to the edge, since a wave front as flat as possible must be present at the funnel outlet to achieve a good directional characteristic In Fig. I, for example, a horn antenna is shown, which consists of a funnel body 2 with a connected hollow tube 3. With a given diameter of the funnel opening, the funnel length must be chosen to achieve good reinforcement so that the opening angle a is 3 to 5 °. With an opening diameter of 50 cm (5 A, with a wavelength of = 10 cm) the length is approximately 5 in (5o.1). However, such an overall length is undesirable in any case.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß ein Trichterkörper
von steilerem Öffnungswinkel mit dielektrischen Stoffen gefüllt wird, deren Dielektrizitätskonstante
radialsyminetrisch nach der Trichterachse hin zunimmt. In diesem Fall ergibt sich
auch bei relativ kurzen Trichtern eine ebene Wellenfront und eine gute Richtcharakteristik,
da die Förtpflanzungsgeschwindigkeit -der Wellen in der Nähe der Trichterachse gegenüber
dem Randgebiet verringert wird. Die ü@uAreitungsgeschwindigkeit der Wellen verkleinert
sich entsprechend dem Wurzelwert der Dielektrizitätskonstanten. Es läßt sich hierdurch
erreichen, daß trotz verschiedener Weglängen die Laufzeiten für die Wellen auf allen
(Ausbreitungswegen innerhalb -des Trichters gleich groß sind.According to the invention, this disadvantage is avoided in that a funnel body
of a steeper opening angle is filled with dielectric materials, whose dielectric constant
increases radially symmetrically towards the funnel axis. In this case it results
even with relatively short funnels a flat wave front and a good directional characteristic,
since the conveying speed -of the waves in the vicinity of the funnel axis opposite
the peripheral area is reduced. The speed of riding of the waves is reduced
according to the root value of the dielectric constant. It can be done through this
achieve that despite different path lengths the transit times for the waves on all
(Propagation paths within the funnel are of the same size.
In der Abb. 2 ist eine beispielsweise Ausführung des erfindungsgemäßen
Hornstrahlers dargestellt. An einen Trichterkörper q. ist hierbei ein Rohrleiter
5 angeschlossen. Der Trichterkörper q. ist mit Hohlkegelkörpern 6, 7; 8 und g ausgefüllt,
.deren Dielektrizitätskonstante a von innen nach außen zunimmt. Theoretisch ist
bei einem stetigen Übergang der s-Werte von der Achse nach der Mantellinie eine
völlig ebene Wellenfront erzielbar, jedoch reicht in den meisten Fällen eine genügend
feine Stufung aus.In Fig. 2 is an example embodiment of the invention
Horn antenna shown. To a funnel body q. here is a pipe conductor
5 connected. The funnel body q. is with hollow cone bodies 6, 7; 8 and g completed,
.whose dielectric constant a increases from the inside to the outside. Theoretically is
with a steady transition of the s-values from the axis to the surface line a
completely flat wavefront achievable, but in most cases one is sufficient
fine gradation.
Je kürzer ein derartiger Trichter ausgebildet ist, desto größer müssen
die Unterschiede in den s-Werten sein. Praktisch lassen sich bei gleicher Strahlungscharakteristik
Trichterlängen von etwa io # erzielen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben
sich jedoch noch weitere Vorteile. Bei Versuchen wurde beobachtet, daß eine Vergrößerung
der Trichteröffnung auch bei beliebigen Trichterlängen von einem bestimmten Wert
an keine Bündelungsverbesserung mehr ergibt. Der ,Grenzwert liegt ungefähr bei einem
Öffnungsdurchmesser d - 5 A. Bei einem derartigen Wert löst sich die Welle langsam
von der Wandung ab und wird von dieser nicht mehr geführt. Wird dagegen eine Ausfüllung
des Trichterraums mit Stoffen von unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante vorgenommen,
so wird die Wellenfront durch das Dielektrikum an der Wand derart geführt, daß auch
bei großer Trichteröffnung keine ;Ablösung auftritt. Auf diese Weise gelingt es,
größere Verstärkungen, die bisher nur durch Kombination mehrerer Trichter erreicht
werden konnten, mit einem einzelnen Trichter von etwas größerem Durchmesser zu erzielen.
Eine rechnerische Überlegung ergibt, daß dieÄnderung derDielektrizitätskonstante
über -den Querschnitt nicht sehr groß zu sein braucht. Man kann daher z. B. verschieden
dicht gepreßte Späne oder Flocken von organischen Isolierstoffen, z. B. Polystyrolen,
verwenden. Wählt man in der Trichterachse einen Wert von s = 2, so ergibt sich ein
Öffnungswinkel a des Trichters von q.5°. Bei einem Trichterdurchmesser von 5o cm
wird in diesem Fall die Länge auf 25 cm verkürzt, während sie bei Luft 5 m betragen
müßte. Die veränderlichen Werte der Dielektrizitätskonstanten können besonders vorteilhaft
durchcAnwendung von keramischem Material erzielt werden, bei dem der Porositätsgrad
von der Mitte zum Rand kontinuierlich zunimmt.The shorter such a funnel is designed, the larger it has to be
be the differences in the s-values. Practically, with the same radiation characteristics
Achieve funnel lengths of around io #. In the arrangement according to the invention result
however, there are other advantages. In experiments it was observed that an enlargement
the funnel opening even with any funnel length of a certain value
no more bundling improvement results. The limit is roughly one
Opening diameter d - 5 A. At such a value, the shaft slowly loosens
from the wall and is no longer guided by this. On the other hand, it becomes a filling
the funnel space is made with substances with different dielectric constants,
so the wave front is guided through the dielectric on the wall in such a way that also
if the funnel opening is large, no; detachment occurs. In this way it is possible
larger reinforcements, previously only achieved by combining several funnels
could be achieved with a single funnel of slightly larger diameter.
A computational consideration shows that the change in the dielectric constant
over-the cross-section need not be very large. You can therefore z. B. different
tightly compressed chips or flakes of organic insulating materials, e.g. B. polystyrenes,
use. If you choose a value of s = 2 in the funnel axis, the result is a
Opening angle a of the funnel of q.5 °. With a funnel diameter of 50 cm
In this case, the length is shortened to 25 cm, while it is 5 m with air
would have to. The variable values of the dielectric constants can be particularly advantageous
can be achieved by using ceramic material in which the degree of porosity
increases continuously from the center to the edge.