NO156589B

NO156589B - PROCEDURE FOR AA REDUCE THE WIDTH OF THE RADIATION PATTERN WRAPPING AND CONIC, CURVED CORN REFLECTOR ANTENNA.

Info

Publication number: NO156589B
Application number: NO83830237A
Authority: NO
Inventors: Charles M Knop; Edward L Ostertag; Donald W Matz Jr; Yuk-Bun Cheng
Original assignee: Andrew Corp
Priority date: 1981-05-26
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1987-07-06
Also published as: NO156589C; NO830237L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å redusere bredden på strålingsmønsteromhyllingen av den art som angitt i innledningen til krav 1 samt en konisk, krummet hornreflektorantenne av den art som angitt i innledningen til krav 4. The present invention relates to a method for reducing the width of the radiation pattern envelope of the type specified in the preamble to claim 1 and a conical, curved horn reflector antenna of the type specified in the preamble to claim 4.

Koniske matere for mikrobølgeantenner av reflektortypen har vært kjent i mange år. I en artikkel i 1963 i "The Bell System Techical Journal", beskrives valget av en konisk hornreflektorantenne for bruk ved satelittkommunikasjon med jordstasjoner (Hines et al., "The Electrical Characte-ristics Of The Conical Hornf-Reflector Antenna", "The Bell System Technical Journal", juli 1963, side 1187-1211. Conical feeders for reflector-type microwave antennas have been known for many years. In a 1963 article in "The Bell System Technical Journal", the selection of a conical horn-reflector antenna for use in satellite communications with earth stations is described (Hines et al., "The Electrical Characteristics Of The Conical Horn-Reflector Antenna", "The Bell System Technical Journal", July 1963, pages 1187-1211.

En konisk hornreflektorantenne er også beskrevet i US-patent nr. 3.550.14 2. Koniske matehorn har også blitt benyttet ved store parabolske tallerkenantenner. A conical horn reflector antenna is also described in US patent no. 3,550,14 2. Conical feed horns have also been used for large parabolic dish antennas.

Et av problemene med koniske hornreflektorantenner med One of the problems with conical horn reflector antennas with

glatte vegger er at dets strålingsmønsteromhylling (heretter kalt "RPE") i E-planet er vesentlig bredere enn dets RPE smooth walls is that its radiation pattern envelope (hereafter "RPE") in the E-plane is substantially wider than its RPE

i H-planet. Når benyttet ved jordkommunikasjonssystemer kan den brede strålebredden i E-planet bevirke interferens med signaler fra andre antenner. Når et glattvegget konisk horn blir benyttet som primærmater for en parabolsk tallerkenantenne utgjør også dens forskjellige strålebredder i E- og H-planet det vanskelig å tilveiebringe symmetrisk bestråling av den parabolske tallerkenen. in the H plane. When used in ground communication systems, the wide beam width in the E-plane can cause interference with signals from other antennas. When a smooth-walled conical horn is used as the primary feeder for a parabolic dish antenna, its different beam widths in the E and H planes also make it difficult to provide symmetrical irradiation of the parabolic dish.

Det er et primært formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en økonomisk og effektiv måte å oppnå betydelig innsnevring av E-planet RPE for en antenne av hornreflektor-typen med en kjegleformet mater uten betydelig nedgradering av H-planet RPE eller en annen ytelseskarakteristikk for antennen. It is a primary object of the present invention to provide an economical and efficient means of achieving significant narrowing of the E-plane RPE for a horn reflector type antenna with a cone-shaped feeder without significant degradation of the H-plane RPE or any other performance characteristic of the antenna.

Det er ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe There are further objects of the invention to provide

en forbedret kjegleformet mater som gir smal og hovedsakelig lik RPE i både E- og H-planet og med undertrykkede sidelober. an improved cone-shaped feeder that provides narrow and essentially equal RPE in both the E and H planes and with suppressed side lobes.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en slik forbedret kjegleformet mater som gir en stor bånd-bredde. It is a further object of the invention to provide such an improved cone-shaped feeder which provides a large band width.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe A further object of the invention is to provide

en slik forbedret kjegleformet mater som oppnår ovenfor nevnte formål uten noen betydelig skadelig virkning på antennens forsterkning. such an improved conical feeder which achieves the above purpose without any significant detrimental effect on the gain of the antenna.

Andre formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelsen og medfølgende tegninger. Other objects and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description and accompanying drawings.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er ovenfornevnte tilveiebrakt ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakte-ristiske trekk fremgår av krav 1, og ved hjelp av en konisk, krummet horn-ref lektorantenne av den art son angitt i innledningen og hvis karakte-ristiske trekk fremgår av krav 4. In accordance with the present invention, the above-mentioned is provided by means of a method of the type mentioned at the outset whose characteristic features appear in claim 1, and by means of a conical, curved horn reflector antenna of the type indicated in the introduction and whose character -ristic features appear in claim 4.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene. Further features of the invention appear from the subclaims.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et sideriss delvis i snitt av en kjegleformet hornreflektorantenne som utgjør foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et vertikalsnitt langs linjen 2-2 på fig. 1. Fig. 3 viser et perspektivriss av antennen vist på fig. 1 og 2 med forskjellige referanselinjer overlagret. Fig. 4 viser to E-plan RPE frembrakt av antenne på fig. 1-3 med og uten en absorbsjonsforing i den kjegleformede seksjonen. Fig. 5 viser to H-plan RPE frembrakt av antennen på fig. 1-3 med og uten samme absorbsjonsforing i den koniske seksjonen som på fig. 4. Fig. 6 viser en kurve over feltfordelingsmønstrene langs den kjegleformede seksjonens radius ved antennen på fig. 1-3, med og uten absorbsjonsforingen i den koniske seksjonen. Fig. 7 viser et forstørret enderiss av en av putene med absorbsjonsmaterialet benyttet for å danne en ab-sorbs jonsforing i den kjegleformede seksjonen til antennen på fig. 1-3. For beskrivelse av den beste måten for utførelse av oppfinnelsen skal vi nå henvise til tegningene og først til fig. 1 og 2 som viser en kjeglehornreflektormikrobølgeantenne med en kjegleformet seksjon 10 for føring av mikrobølgesig-naler til en parabolsk reflektorplate 11. Fra reflektor-plafcen 11 blir mikrobølgesignaler sendt gjennom en åpning 12 dannet i fronten av en sylinderseksjon 13 som er festet til både den kjegleformede seksjonen 10 og reflektorflaten 11 for å danne en fullstendig omhyllet antennekonstruksjon i ett stykke. The invention will now be described in more detail with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a side view, partially in section, of a cone-shaped horn reflector antenna which constitutes the present invention. Fig. 2 shows a vertical section along the line 2-2 in fig. 1. Fig. 3 shows a perspective view of the antenna shown in fig. 1 and 2 with different reference lines superimposed. Fig. 4 shows two E-plane RPE produced by the antenna in fig. 1-3 with and without an absorbent lining in the cone-shaped section. Fig. 5 shows two H-plane RPE produced by the antenna in fig. 1-3 with and without the same absorption lining in the conical section as in fig. 4. Fig. 6 shows a curve of the field distribution patterns along the radius of the cone-shaped section at the antenna in fig. 1-3, with and without the absorption liner in the conical section. Fig. 7 shows an enlarged end view of one of the pads with the absorbent material used to form an absorbent lining in the cone-shaped section of the antenna of Fig. 1-3. For a description of the best way of carrying out the invention, we shall now refer to the drawings and first to fig. 1 and 2 showing a cone-horn reflector microwave antenna with a cone-shaped section 10 for conducting microwave signals to a parabolic reflector plate 11. From the reflector plate 11, microwave signals are sent through an opening 12 formed in the front of a cylindrical section 13 which is attached to both the cone-shaped the section 10 and the reflector surface 11 to form a fully enveloped antenna structure in one piece.

Den parabolske reflektorplaten 11 er en seksjon av en parabo-loid som representerer flaten til en omdreining dannet ved å rotere en parabolsk kurve om en akse 41 som strekker seg gjennom toppen og brennpunktet til den parabolske kurven. Enhver mikrobølge som oppstår ved brennpunktet til en slik parabolsk overflate vil som kjent bli reflektert av platen 11 i plane bølgefronter perpendikulære på aksen, dvs. i retningen angitt med pilen 14 på fig. 2. Den kjeglformede seksjonen 10 til den viste antennen er anordnet slik at dens topp faller sammen med brennpunktet til paraboliden og slik at aksen 15 til den kjegleformede seksjonen er perpendikulær på aksen 41 til paraboloiden. Med denne geomet-rien blir en divergerende kuleformet bølge som stråler ut fra den kjegleformede seksjonen 10 og støter mot reflektorplaten 11 reflektert som en plan bølge som passerer gjennom åpningen 12 og er perpendikulær på aksen 14. Den sylindriske seksjonen 13 tjener som en skjerm som forhindrer at reflektorplaten 11 frembringer interfererende side og bakoverrettede signaler og hjelper til å fange opp overskuddsenergien fra den kjegleformede seksjonsmateren. Det skal bemerkes at den kjegleformede seksjonen 10, reflektorplaten 11 og den sylindriske skjermen 13 vanligvis er utformet av et ledende metall (selv om det kun er vesentlig at reflektorplaten 11 har en metallisk overflate). The parabolic reflector plate 11 is a section of a paraboloid representing the surface of a revolution formed by rotating a parabolic curve about an axis 41 extending through the apex and focus of the parabolic curve. Any microwave that occurs at the focal point of such a parabolic surface will, as is known, be reflected by the plate 11 in plane wavefronts perpendicular to the axis, i.e. in the direction indicated by arrow 14 in fig. 2. The cone-shaped section 10 of the antenna shown is arranged so that its apex coincides with the focal point of the paraboloid and so that the axis 15 of the cone-shaped section is perpendicular to the axis 41 of the paraboloid. With this geometry, a divergent spherical wave radiating from the cone-shaped section 10 and impinging on the reflector plate 11 is reflected as a plane wave passing through the opening 12 and perpendicular to the axis 14. The cylindrical section 13 serves as a screen preventing that the reflector plate 11 produces interfering side and backward signals and helps to capture the excess energy from the cone-shaped section feeder. It should be noted that the cone-shaped section 10, the reflector plate 11 and the cylindrical screen 13 are usually formed of a conductive metal (although it is only essential that the reflector plate 11 has a metallic surface).

For å beskytte det indre av antennen mot vær og strøsignaler er toppen av reflektorplaten 11 dekket med en panel 20 festet til den sylindriske skjermen 13. En radom 21 dekker også åpningen 12 ved fronten av antennen for å tilveiebringe ytterligere beskyttelse mot vær. Innsideflaten til den sylindriske skjermen 12 er dekket med et absorbsjonsmateriale 22 for å absorbere strøsignaler slik at de ikke degraderer RPE. Slike absorbsjonsskjermmaterialer er i og for seg vel-kjent og innbefatter i alminnelighet et ledende materiale slik som metall eller karbon fordelt i et dielektrisk materiale som har en overflate i form av flere pyramider eller omhyllede kjegler. To protect the interior of the antenna from weather and stray signals, the top of the reflector plate 11 is covered with a panel 20 attached to the cylindrical shield 13. A radome 21 also covers the opening 12 at the front of the antenna to provide additional protection from the weather. The inner surface of the cylindrical screen 12 is covered with an absorbent material 22 to absorb stray signals so that they do not degrade the RPE. Such absorption screen materials are in and of themselves well-known and generally include a conductive material such as metal or carbon distributed in a dielectric material which has a surface in the form of several pyramids or enveloped cones.

I samsvar med ett trekk ved foreliggende oppfinnelse har In accordance with one feature of the present invention has

den metalliske koniske seksjonen 10 en glatt innvendig vegg og et absorbsjonsforingsmateriale for redusering av bredden RPE i E-planet til antennen. Som vist på fig. 1-3 strekker seg således en foring av absorbsjonsmaterialet 35 fra den øvre enden av den kjegleformede seksjonen 10 nedover langs innsiden av metallkjeglens overflate i en avstand tilstrekkelig for å redusere bredden på RPE i E-planet til antennen tett opptil bredden av RPE i H-planet (bemerk at denne bredden vanligvis er målt ved 65dB ned nivå). Absorbsjonsmaterialet strekker seg kontinuerlig rundt hele omkretsen av kjeglens indre overflate. Det er foretrukket å fortsette foringen av the metallic conical section 10 a smooth inner wall and an absorbent lining material to reduce the width RPE in the E-plane of the antenna. As shown in fig. 1-3, a lining of the absorbent material 35 thus extends from the upper end of the cone-shaped section 10 down along the inside of the metal cone surface for a distance sufficient to reduce the width of the RPE in the E-plane of the antenna close to the width of the RPE in the H- plane (note that this width is usually measured at 65dB down level). The absorbent material extends continuously around the entire circumference of the inner surface of the cone. It is preferred to continue the lining of

absorbsjonsmaterialet 35 langs den kjegleformede seksjonens 10 lengde til et punkt 4 0 på den innvendige diameteren til kjeglen er redusert til omkring 7 ganger den lengste bølge-lengden til mikrobølgesignalene som skal bli sendt gjennom kjeglen. Dersom absorbsjonsforingen blir forsatt inn i området av den mindre diameteren i kjeglen kan I 2R-tapene i absorbereren bli for store. Ved den brede enden til den kjegleformede seksjonen skulle absorbsjonsforingen strekke seg hele veien til enden av kjeglen. the absorption material 35 along the length of the cone-shaped section 10 to a point 40 on the inner diameter of the cone is reduced to about 7 times the longest wavelength of the microwave signals to be transmitted through the cone. If the absorption liner is moved into the area of the smaller diameter in the cone, the I 2R losses in the absorber may become too large. At the wide end of the cone-shaped section, the absorbent liner should extend all the way to the end of the cone.

Foringen 35 kan være utformet av vanlig absorbsjonsmateriale, ett eksempel er AAP-ML-73 absorbsjonsmateriale fremstilt av "Advanced Absorber Products Inc., 4 Poplar Street, Amesbury, Maine". Dette absorbsjonsmaterialet har en flat overflate som vist på fig. 7 (i motsetning til den pyramidiske eller kjegleformede overflaten til absorberen benyttet i skjermen) og er omkring 3/8 tommer tykk. Absorbsjonsmaterialet kan bli fastgjort til metallveggene til antennen ved hjelp av et klebemiddel. Når absorbsjonsmaterialet nevnt ovenfor blir anvendt er det fortrinnsvis skåret i flere relativt små puter som kan bli støttet opp mot hverandre for å danne et kontinuerlig lag med absorbsjonsmateriale over den kurve-formede overflaten som den blir anbragt på. Puten er vist med gittermønsteret på fig, 1-3. The liner 35 may be formed of conventional absorbent material, one example being AAP-ML-73 absorbent material manufactured by "Advanced Absorber Products Inc., 4 Poplar Street, Amesbury, Maine". This absorbent material has a flat surface as shown in fig. 7 (as opposed to the pyramidal or cone-shaped surface of the absorber used in the screen) and is about 3/8 inch thick. The absorption material can be attached to the metal walls of the antenna by means of an adhesive. When the absorbent material mentioned above is used, it is preferably cut into several relatively small pads which can be supported against each other to form a continuous layer of absorbent material over the curved surface on which it is placed. The cushion is shown with the lattice pattern in fig, 1-3.

Absorbsjonsforingen 35 i den kjegleformede seksjonen 10 til antennen kan redusere bredden på E-planets RPE slik at det er vesentlig lik bredden av H-planets RPE (dette gjør den ved å redusere alle sidelobene i E-planet). Denne forbedringen er vist på fig. 4 og 5 som viser henholdsvis E-planets og H-planets RPE. De stiplede linjene på fig. 4 og 5 viser RPE frembrakt uten noen absorberer i den kjegleformede seksjonen til antennen på fig. 1-3 og den heltrukne linjen viser RPE tilveiebrakt med absorbsjonsforing i den kjegleformede seksjonen til antennen. Det fremgår at absorbsjonsforingen bevirker en betydelig reduksjon av bredden på E-planets RPE uten å frembringe noen betydelig endring i bredden på H-planets RPE. Sammenligning av 65-dB nivåene til de to RPE på fig. 4 og 5 (som nevnt ovenfor er 6 5-dB et referansepunkt vanligvis benyttet for å bestemme ytelseskarakteristikken til slike antenner) kan det f.eks. bli sett at bredden på både E-planets RPE og H-planets RPE ved dette nivået er omkring 20° utenfor aksen. Det vil si bredden på E-planets og H-planets RPE er omkring like ved 65-dB nivået. 65-dB E-planets bredde med absorbsjon (fig. 4) er smalere enn omkring en halvdel av den uten absorbsjon, dvs. 0^ = §^^ 2. Disse forbedrelsene blir dessuten tilveiebrakt kun ved ubetydelig tap i forsterkningen, dvs. den totale forsterkningen med omkring 43-dB blir redusert med mindre enn 0,2-dB. The absorption liner 35 in the cone-shaped section 10 of the antenna can reduce the width of the E-plane RPE so that it is substantially equal to the width of the H-plane RPE (it does this by reducing all the side lobes in the E-plane). This improvement is shown in fig. 4 and 5 which show the RPE of the E-plane and the H-plane respectively. The dashed lines in fig. 4 and 5 show the RPE produced without any absorber in the cone-shaped section of the antenna of fig. 1-3 and the solid line shows the RPE provided with absorbent lining in the cone-shaped section of the antenna. It appears that the absorbent lining causes a significant reduction in the width of the E-plane's RPE without producing any significant change in the width of the H-plane's RPE. Comparison of the 65-dB levels of the two RPEs in fig. 4 and 5 (as mentioned above, 6 5-dB is a reference point usually used to determine the performance characteristics of such antennas) it can e.g. be seen that the width of both the E-plane RPE and the H-plane RPE at this level is about 20° off-axis. That is to say, the width of the E-plane and H-plane's RPE is approximately equal to the 65-dB level. The width of the 65-dB E-plane with absorption (Fig. 4) is narrower than about one-half of that without absorption, i.e. 0^ = §^^ 2. Moreover, these improvements are provided only by negligible loss in gain, i.e. the the total gain of about 43 dB is reduced by less than 0.2 dB.

Absorbsjonsforingen i den kjegleformede seksjonen bevirker at feltfordelingen i kjeglen avsmalner skarpere mot innsiden av kjeglens overflate på grunn av det at veggimpedansen til absorbsjonslinjen tenderer til å tvinge det perpendikulære E-feltet til 0. Dessuten gjør den dette mens den trekker kun en liten del av den passerende mikrobølgeenergien som utbreder seg gjennom kjeglen. Dette er vist ved hjelp av kurvene på fig. 6, hvor det er vist flere forskjellige tilsmalninger i feltfordelingen over den kjegleformede seksjonen, idet den horisontale aksen representerer radiusen til den kjegleformede seksjonen. Nullpunktet på den horisontale aksen på fig. 6 representerer nærmere bestemt stedet for aksen til kjeglen i ethvert gitt plan perpendikulært på denne aksen og 1.0 punktet på horisontalaksen utgjør stedet for kjegleveggen i samme plan. Tallverdiene på horisontalaksen utgjør forholdet Ø/a^, hvor 6 er vinkelfor-skyvningen i forhold til den kjegleformede aksen og er kjeglehalvvinkelen (se fig. 6). Nullpunktet ved toppen av den vertikale aksen representerer feltstyrken ved kjegle-aksen og de øvrige tallverdiene på vertikalaksen utgjør reduksjon i feltstyrken, i dB, fra feltstyrken til aksen. Den heltrukne kurven på fig. 6 viser E-planets og H-planets feltfordeling over en kjegle uten absorbsjonsforing og den stiplede kurven viser E-planets og H-planets feltfordeling The absorption liner in the cone-shaped section causes the field distribution in the cone to taper off more sharply towards the inside of the cone's surface due to the fact that the wall impedance of the absorption line tends to force the perpendicular E-field to 0. Moreover, it does this while drawing only a small part of it passing the microwave energy propagating through the cone. This is shown using the curves in fig. 6, where several different tapers are shown in the field distribution over the cone-shaped section, the horizontal axis representing the radius of the cone-shaped section. The zero point on the horizontal axis in fig. 6 more precisely represents the location of the axis of the cone in any given plane perpendicular to this axis and the 1.0 point on the horizontal axis constitutes the location of the cone wall in the same plane. The numerical values on the horizontal axis make up the ratio Ø/a^, where 6 is the angular displacement in relation to the cone-shaped axis and is the cone half-angle (see Fig. 6). The zero point at the top of the vertical axis represents the field strength at the cone axis and the other numerical values on the vertical axis represent the reduction in field strength, in dB, from the field strength to the axis. The solid curve in fig. 6 shows the E-plane and H-plane field distribution over a cone without absorption lining and the dashed curve shows the E-plane and H-plane field distribution

over en kjegle med absorbsjonsforing. over a cone with absorbent lining.

Som det fremgår av den heltrukne kurven på fig. 6 er det en vesentlig forskjell i avsmalningen eller fallet i feltfordelingen i E- og H-planene i fravær av absorbsjonsforingen. Den stiplede kurven viser at når absorbsjonsforingen blir benyttet avsmalner E-planfeltfordelingen mye skarpere og nærmerer seg den til H-planfeltet mens der kun er en lett degradering i H-planets avsmalning som bringer den også nærmere E-planfeltet. Den teoretisk ideelle situasjonen er hvor H-planfeltfordelingen ville ha den heltrukne linjeprofilen As can be seen from the solid curve in fig. 6, there is a significant difference in the taper or drop in the field distribution in the E and H planes in the absence of the absorption lining. The dashed curve shows that when the absorption liner is used, the E-plane field distribution tapers much more sharply and approaches the H-plane field, while there is only a slight degradation in the H-plane taper which also brings it closer to the E-plane field. The theoretically ideal situation is where the H-plane field distribution would have the solid line profile

og profilen til E-planfeltfordelingen ville sammenfalle med den til H-planet. I praksis kan imidlertid denne teoretisk ideelle tilstanden kun bli tilnærmet, som vist med de stiplede kurvene på fig. 6. and the profile of the E-plane field distribution would coincide with that of the H-plane. In practice, however, this theoretically ideal condition can only be approximated, as shown by the dashed curves in fig. 6.

Matematisk kan operasjonen av matehornet bli karakterisert som følgende. Dersom vi setter EØ (r, 9, <(>) og E<f> (r, 0, ()>) lik den polare og azimutale komponenten til det elektriske feltet (med opprinnelse ved spissen av kjeglen og 8 og | henholdsvis den polare og azimute vinkel) så kan det bli vist at de kan bli uttrykt matematisk som: U) EØ (r, 0, = A f (w) cos4> Mathematically, the operation of the feeding horn can be characterized as follows. If we set EØ (r, 9, <(>) and E<f> (r, 0, ()>) equal to the polar and azimuthal component of the electric field (originating at the tip of the cone and 8 and | respectively the polar and azimuth angle) then it can be shown that they can be expressed mathematically as: U) EØ (r, 0, = A f (w) cos4>

(2) EØ (r, 0, = A g(w) sin<J) (2) EØ (r, 0, = A g(w) sin<J)

hvor where

(3) A = E° exp(-jkr)/kr (3) A = E° exp(-jkr)/kr

E°= Vilkårlig drivkonstant, k = 2ir/X, X= friromsoperasjons-bølgelengde og funksjonene f(w) og g(w) er gitt ved hjelp av følgende uttrykk: E°= Arbitrary drive constant, k = 2ir/X, X= free-space operation wavelength and the functions f(w) and g(w) are given by means of the following expression:

(4) f(w) = J±( X)/ X + Rs J'1(X) (4) f(w) = J±( X)/ X + Rs J'1(X)

(5) g(w) = RsJ1(X)/X + J^X) (5) g(w) = RsJ1(X)/X + J^X)

med with

(6) X = E 9/aQ (6) X = E 9 /aQ

(7) J^(X) = Besselfunksjon av første orden, argument X (7) J^(X) = Bessel function of the first order, argument X

(8) J1(X) = Derivering av J^X) i forhold til X. (8) J1(X) = Derivation of J^X) with respect to X.

Det skal bemerkes at feltene er entydig kjent for området 0<9<ao og 0<6<360° dersom parametrene E "eigenverdi" og Rs (den sfæriske hybridisitetsfaktor) er kjent. Disse parametrene er entydig bestemt som følge av kjeglevegg-materialets art. It should be noted that the fields are uniquely known for the range 0<9<ao and 0<6<360° if the parameters E "eigenvalue" and Rs (the spherical hybridity factor) are known. These parameters are unambiguously determined as a result of the nature of the cone wall material.

Ingen absorbsjon. No absorption.

Dersom ingen absorbsjon er tilstede kan det vises at E=l,84 og Rs=0, som således gir: If no absorption is present, it can be shown that E=1.84 and Rs=0, which thus gives:

(9) f(w) = J1(l,840/ao)/(l,840/ao) (9) f(w) = J1(l.840/ao)/(l.840/ao)

(10) g(w) = J'1(l/84e/ct0) (10) g(w) = J'1(l/84e/ct0)

hvor amplitudefordelingene (i dB er normalisert på aksen, 6=0) er vist med heltrukne linjer på fig. 6 (Bemerk at E-planet = -201og1Q |f(w)/f(0)| ; where the amplitude distributions (in dB are normalized on the axis, 6=0) are shown with solid lines in fig. 6 (Note that the E-plane = -201og1Q |f(w)/f(0)| ;

H-planet = -201og10 |g(w)/g(0)| ). H plane = -201og10 |g(w)/g(0)| ).

Perfekt absorbsjon. Perfect absorption.

For det perfekte absorbsjonstilfellet (også et korrugert horn med kvartbølgetenner) kan det bli vist at E = 2.39, For the perfect absorption case (also a corrugated horn with quarter-wave teeth) it can be shown that E = 2.39,

Rs = +1, som således gir Rs = +1, which thus gives

(11) f(w) = g(w) = Jq (2.396/aQ), perfekt absorbsjon hvor identiteten (11) f(w) = g(w) = Jq (2.396/aQ), perfect absorption where the identity

(12) JX(X)/X + J'1(X) = JQ(X) (12) JX(X)/X + J'1(X) = JQ(X)

har blitt benyttet med J o(X) - Besselfunksjonen av nulte orden, argument X. Det skal bemerkes at dB-opptegningen for (11) i virkeligheten er identisk med den til (10), som således viser at H-planet til den glatte veggen og perfekte absorbsjonsveggen i virkeligheten er identiske. Også for dette perfekte absorbsjonstilfellet kan det sees at E- has been used with J o(X) - the Bessel function of zero order, argument X. It should be noted that the dB plot for (11) is in reality identical to that of (10), thus showing that the H-plane of the smooth the wall and the perfect absorption wall in reality are identical. Also for this perfect absorption case, it can be seen that E-

planet er identisk med H-planet. the plane is identical to the H plane.

Virkelig absorbsjon. Real absorption.

En virkelig absorbsjon har E som adskiller seg fra ikke-absorbsjonstilfellet med 1.84 og det perfekte absorbsjons-tilf ellet med 2.39 med en hybridisitetsfaktor Rs hverken null (ingen absorbsjon) eller enhetlig (perfekt absorbsjon). Generelt vil begge være kompliserte med endelige tap ved absorbsjonen. Typiske E- og H-plankurver er vist prikket på fig. 6 og viser som tidligere beskrevet at E-planet er stort sett avsvalnet fra ingen absorbsjonstilfelle men H-planet er kun lett utvidet og det oppnåes således den ønskede virkningen. A real absorption has E that differs from the non-absorption case by 1.84 and the perfect absorption case by 2.39 with a hybridity factor Rs neither zero (no absorption) nor unity (perfect absorption). In general, both will be complicated with final losses in the absorption. Typical E- and H-plane curves are shown dotted in fig. 6 and shows, as previously described, that the E-plane is mostly cooled from no absorption case, but the H-plane is only slightly expanded and the desired effect is thus achieved.

En ytterligere fordel ved foreliggende oppfinnelse er at RPE-forbedrelsen kan bli tilveiebrakt over et relativt A further advantage of the present invention is that the RPE improvement can be provided over a relative

bredt frekvensbånd. Forbedringene beskrevet ovenfor for antennen vist på fig. 1-3 kan f.eks. bli realisert over vanlige bærefrekvensbånd vanligvis henvist til som 4 GHz-, 6GHz-og 11 GHz-båndene. wide frequency band. The improvements described above for the antenna shown in FIG. 1-3 can e.g. be realized over common carrier frequency bands commonly referred to as the 4 GHz, 6 GHz and 11 GHz bands.

Absorbsjonsmaterialer er generelt karakterisert av tre parametre: tykkelse, dielektrisitetskonstant og tapstangent. Absorberere benyttet ved foreliggende oppfinnelse må ha en tykkelse og tapstangent tilstrekkelig til å undertrykke uønskede overflate (langsomme) bølger. Slike overflate-bølger kan lett bli frembrakt ved overgangen fra den metalliske delen på innsiden av overflaten til kjeglen eller veggen og den absorbsjonsforede delen til kjegleveggen, men disse bølgene blir dempet av absorbsjonsmaterialet slik at de ikke interfererer med det ønskede feltmønsteret til energien som slår mot reflektorflaten 11. Sluttresultatet er at alle forbedringene beskrevet ovenfor blir tilveiebrakt uten å frembringe noen uønskede ødeleggelser i feltmønsteret. Den tilsmalnende E-planvirkningen kan i virkeligheten bli til-veiebragt med nulltapstangentmaterialet, men med ikke noe tap er overflatebølgene ikke dempet og operasjonsbåndbredden blir redusert. Det er følgelig foretrukket å benytte et ab-sorbs jonsmateriale med noe tap. Absorption materials are generally characterized by three parameters: thickness, dielectric constant and loss tangent. Absorbers used in the present invention must have a thickness and loss tangent sufficient to suppress unwanted surface (slow) waves. Such surface waves can easily be produced at the transition from the metallic part on the inside of the surface of the cone or wall and the absorption lined part of the cone wall, but these waves are damped by the absorption material so that they do not interfere with the desired field pattern of the impinging energy the reflector surface 11. The end result is that all the improvements described above are provided without producing any unwanted destruction in the field pattern. The tapering E-plane effect can actually be provided with the zero-loss tangent material, but with no loss the surface waves are not damped and the operating bandwidth is reduced. It is therefore preferred to use an absorbent ion material with some loss.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med spesiell henvisning til en hornreflektorantenne er det klart at oppfinnelsen også Although the invention is described with special reference to a horn reflector antenna, it is clear that the invention also

kan bli benyttet med fordel i et primærmatehorn for en tallerkenantenne. Ved sistnevnte anvendelse er hovedsakelig like hovedstrålebredder i E- og H-planene tilveiebrakt ved hjelp av absorbsjonsforet matehorn spesielt fordelaktig på grunn av at de tilveiebringer symmetrisk bestråling av den parabolske tallerkenen. De følgelig tilnærmede like sekundær-mønstrene med deres reduserte sidelober over en stor bånd-bredde og med neglisjerbart forsterkningstap er også viktig ved denne primærmatehornanvendelsen. can be used with advantage in a primary feed horn for a dish antenna. In the latter application, substantially equal main beam widths in the E and H planes provided by absorption-lined feed horns are particularly advantageous because they provide symmetrical irradiation of the parabolic dish. The consequently approximately equal secondary patterns with their reduced sidelobes over a large bandwidth and with negligible gain loss are also important in this primary feed horn application.

Som det fremgår av ovenfor nevnte beskrivelse kan denne oppfinnelsen tilveiebringe en økonomisk og effektiv måte for å tilveiebringe betydelig tilsmalning av E-planets RPE for en antenne av reflektortypen som har en kjegleformet mater uten betydelig degradering av H-planets RPE eller en annen ytelseskarakteristikk for antennen. Absorbsjonsforingen i den kjegleformede materen frembringer et smalt RPE i E-planet mens den tar vare på den allerede smale RPE i H-planet og disse RPE kan bli gjort nesten like i bredden. Disse forbedringene blir dessuten tilveiebrakt over store båndbredder (f.eks. 4 til 12 GHz) med ingen betydelig skadelig virkning på antennens forsterkning eller på den VSWR. As can be seen from the above description, this invention can provide an economical and efficient way to provide significant narrowing of the E-plane RPE for a reflector-type antenna having a cone-shaped feeder without significant degradation of the H-plane RPE or any other performance characteristic of the antenna . The absorption liner in the cone-shaped feeder produces a narrow RPE in the E-plane while maintaining the already narrow RPE in the H-plane and these RPEs can be made almost equal in width. Moreover, these improvements are provided over large bandwidths (eg 4 to 12 GHz) with no significant detrimental effect on the antenna gain or on the VSWR.

Selv om oppfinnelsen så langt har blitt beskrevet med spesiell henvisning til et kjegleformet matehorn som mater en reflektorantenne er det klart at bruken av absorbsjonsforing på pyramideformede (eller andre former) matehorn som mater en reflektorantenne vil frembringe samme ønskede effekt Although the invention has so far been described with particular reference to a cone-shaped feed horn feeding a reflector antenna, it is clear that the use of absorbent lining on pyramidal (or other shaped) feed horns feeding a reflector antenna will produce the same desired effect

(dvs. tilsmalning av E-planets RPE for å gjøre det tilnærmet lik H-planets RPE). (ie narrowing of the E-plane RPE to approximate the H-plane RPE).

Claims

1. Method for reducing the E-plane radiation pattern envelope (RPE) width of a conical curved horn reflector antenna with a reflector forming a curved reflecting surface for transmitting and receiving microwave energy and a smooth-wave conical feed horn offset from the reflector axis for guiding microwave energy from the focal point of the curved reflector antenna of the reflector, characterized by lining at least part of the inner wall of the feed horn extending in one from the wide end of the horn towards the narrow end of the horn with an absorption material to reduce the width of the RPE in the E-plane without significant to increase the width of the H-plane RPE, the absorption increasing the "eigenvalue" E and the spherical hybridity factor Rs sufficiently to cause the E-plane and H-plane RPEs to approach each other.

2. Method according to claim 1, characterized in that the lining with the absorption material increases the removal of the field distribution over the diameter of the horn in the E-plane close to the removal of the field distribution over the diameter of the horn in the H-plane.

3. Method according to claim 1, characterized in that the lining with the absorption material extends from a point in the horn where the horn diameter is at least over seven times the longest wavelength of the signal that is emitted through the horn with microwave energy continuously to the wide end of the horn.

4. Conical curved horn reflector antenna including combination of a reflector (11) forming a curved reflective surface for transmitting and receiving microwave energy, a smooth-walled conical feed horn (10) offset from the reflector axis for directing microwave energy from a focal point to the curved reflective surface of the reflector (11), characterized by a lining (35) of absorbent material on the inner wall of the horn (10), extending integrally from the horn (10) wide end and towards the narrow end of the horn (10), and is designed to reduce the width of the radiation pattern envelope (RPE) in the E-plane of the antenna without significantly increasing the width of the RPE in the H-plane, as the absorber increases the "eigenvalue" E and the spherical hybridity factor Rs sufficient to cause the E-plane and H-plane RPEs to approach each other.

5. Antenna according to claim 4, characterized in that the lining with the absorption material is arranged for an increased removal of the field distribution over the diameter of the horn in the E-plane to a close approximation to the removal of the field distribution over the diameter of the horn in the H-plane.

6. Antenna according to claim 4, characterized in that the lining (35) with the absorption material extends from the wide end of the conical horn (10) towards its narrow end terminating at a point where the horn diameter is at least about seven times the longest wavelength of that signal which by means of microwave energy is emitted through the horn (10).