WO1987001517A1 - Resonant-cavity aerial - Google Patents
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- WO1987001517A1 WO1987001517A1 PCT/EP1986/000500 EP8600500W WO8701517A1 WO 1987001517 A1 WO1987001517 A1 WO 1987001517A1 EP 8600500 W EP8600500 W EP 8600500W WO 8701517 A1 WO8701517 A1 WO 8701517A1
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- cavity resonator
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- 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
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/18—Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
Definitions
- the invention relates to a cavity resonator antenna according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a method for producing a cavity resonator antenna.
- the main maximum of which is at an angle to the normal of the radiating surface.
- This effect is achieved by applying a wave-absorbing or strongly damping coating on the inner longitudinal or peripheral sides of the antenna body in conjunction with a specific distribution of the coupling openings.
- the distribution of the coupling Apertures are such that there is a certain phase shift between the wave portions emerging from adjacent coupling apertures, so that the directional beam diagram composed of the wave portions of the individual coupling apertures runs at an angle to the normal of the radiating surface, which is quantitative through the extent of the phase shift of the individual , shaft components emerging from the coupling openings is determined.
- the features of claims 3 and 4 represent advantageous specific configurations of the coupling openings.
- an impedance matching between the waveguide and the base body of the cavity resonator antenna is achieved in a very simple manner. This impedance matching, which is achieved by varying the
- Immersion depth of the waveguide in the base body is accessible, requires no additional components.
- the base body is provided with a dielectric filling.
- the dielectric fill is selected such that the wavelength within the cavity is reduced to the space wavelength.
- a directional beam characteristic can be achieved by the dielectric, which is characterized by only one main maximum in the direction of the surface normal of the radiating surface.
- the object of the invention to design a method for producing a cavity resonator with a dielectric filling.
- This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 12. It is therefore essential that a dielectric base body is assumed which is coated with a metallic layer which forms the walls of the cavity resonator, the coupling openings and other openings, for example for the connection of a waveguide, being incorporated into this layer.
- This manufacturing process is particularly simple and inexpensive to carry out.
- the coupling openings are made by photoetching, embossing or the like. In principle, all techniques can be used to produce a specific distribution of the coupling openings those known for the manufacture of printed circuits. In this way, it is also possible at the same time, together with the metallic walls of the cavity resonator, to also produce active electrical components and any adaptation circuit which may be required together with the latter.
- the features of claim 14 represent an advantageous procedure for the production of the metallic layer on the dielectric base body.
- a layer consisting, for example, of silver is first vapor-deposited onto the base body, this silver layer then being galvanically or electrolytically reinforced by copper .
- 1 shows a perspective view of a first embodiment of a cavity resonator antenna according to the invention
- 2 is a perspective view of another embodiment of a cavity resonator antenna
- FIG. 3 shows a side view of a cavity resonator antenna
- FIG. 4 shows a side view of an antenna according to the invention in a sectional view
- 5 shows a side view of another antenna according to the invention in a sectional view
- Fig. 6 is a sectional view of another antenna according to the invention.
- 1 and 2 show two exemplary embodiments of a cavity resonator antenna according to the invention. This consists according to: Fig. 1 of a flat cuboid, hollow base body 1, the front 2 carries coupling openings 3 in a uniform distribution and the back 4 is connected to a waveguide 5 in a manner yet to be explained.
- the basic body 1 'of the cavity resonator according to FIG. 2 is designed as a flat cylinder, the front side 2' of which has coupling openings 3 'and the rear side 4' of which is also to be explained with a waveguide 5 '.
- the coupling openings 3 ' are designed here as annular surfaces which are concentric with one another. 1 and 2, an X-Y-Z coordinate system is entered in each case, the X-Y plane running parallel to the planes of the front sides 2, 2 ', the Z axis running normally to this plane.
- the coupling openings 3, 3 'each have such distances from one another that correspond to half a wavelength from the wave that is to be received or emitted.
- the basic body 1, 1 ' is produced according to the invention particularly simply by starting from the already pre-formed or otherwise designed dielectric, the metallic walls of the base body being applied to this dielectric. This can be done, for example, by galvanic means, in that a silver layer is first applied directly to the dielectric and this is then galvanically or electrolytically reinforced by copper, the distribution of the coupling openings 3, 3 'being produced by photoetching.
- galvanic means in that a silver layer is first applied directly to the dielectric and this is then galvanically or electrolytically reinforced by copper, the distribution of the coupling openings 3, 3 'being produced by photoetching.
- practically those methods known from the art of printed circuits can basically be used in the production of the distribution of the coupling openings.
- FIG. 3 shows a cavity resonator according to the invention, to the base body 6 of which a further hollow body 7 is connected on the rear, which in turn is connected to a waveguide 8.
- the transition from the waveguide 8 into the hollow body 7 and the transition from the hollow body 7 into the base body 6 are identical here, ie there is an opening in the rear 9 of the hollow body 7, the dimensions of which are those of the waveguide 8 and in which the waveguide S is inserted.
- waves of higher order are always and inevitably excited during the transition of a waveguide into a cavity resonator, which cause electrical losses.
- the dimensions of the hollow body 7 with respect to the waveguide 8 and with respect to the base body 6 are dimensioned such that higher-order wave types excited by the transition are largely attenuated from the spectrum.
- the hollow body 7 thus acts as a mode filter, so that essentially only those wave types (modes) occur in the wave field which is defined by the base body 6 and which are desired for radiation via the coupling openings or for reception through the coupling openings.
- the shape of the cavity resonator with mode filter according to the invention described in FIG. 3 can in principle be used with any shape of the base body 6, i.e. both those with a circular front and those with a rectangular or square front.
- the problem of their different igpedances arises, so that special adaptation measures are generally required. This can be achieved, for example, by circuitry.
- the respective base body of the cavity resonator is designated by the numerals 10, the front side 11 of which in each case carries the coupling openings.
- a waveguide 12 projects directly into the base body 10 in FIG. 4 there is a hollow body 13 designed as a mode filter between the waveguide 12 and the base body 10 Impedance matching between the interconnected components, namely in Fig. 4 the waveguide 12, the hollow body 13 and the base body 10 and in Fig. 5 the waveguide 12 and the base body 10 is achieved in that the waveguide a certain distance into the base body 10 or protrudes the hollow body 13, the hollow body 13, the front side 14 of which is open as in the exemplary embodiment in FIG. 3, projecting into the base body 10 in the same way.
- the extent of the adaptation is achieved quantitatively by the extent of the intermeshing of these components.
- Fig. 6 shows the basic body 15 of a cavity resonator according to the invention, to which a waveguide 16 is connected and which has a coating 18 on the inside in the region of its longitudinal sides 17, which consists of a material of high electrical damping capacity, such as nickel.
- a material of high electrical damping capacity such as nickel.
- any other material can be used that has a strong absorption or damping effect for microwaves of the frequency used here. It is achieved in this way that, in deviation from the embodiments of FIGS. 1 and 2, inside the base body 15 there are no standing waves which are reflected on the side surfaces, but rather traveling waves which propagate in the direction of the side surfaces 17.
- the double openings on the front side 19 of the base body 15 such that there is a certain phase shift between the partial wave trains emerging from these connecting openings, so that the directional characteristic, in particular the main maximum of the
- Cavity resonator for example, lies in a direction which is indicated by the dash-dotted line 20. It is also possible, especially with zylin Drical base body 15, the distribution of the coupling openings on the front 19 to be designed correspondingly rotationally symmetrical, so that the directional characteristic of an antenna formed in this way is characterized by a reception or transmission optimum at an angle ⁇ to the horizontal. Such a receiving antenna is particularly applicable, for example, for satellite reception in an azimuthal range of 360 °, the elevation angle ⁇ being 30 °, for example. 6 can be produced according to the method already described at the beginning.
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Abstract
A resonant-cavity antenna has a base (1) filled with a dielectric material and connected to a wave-guide (5). The front part (2) of the base (1) is provided with uniformly-distributed rectangular coupling apertures (3) so arranged in relation to the wave field excited in the base that half-waves of the same polarity are created in these apertures. To match the impedance of the wave-guide (5) to that of the base (1), the wave-guide projects a certain distance into the base (1). It is also possible to arrange between the wave-guide (5) and the base (1) a mode filter having the form of a hollow flat body, directly entering the base (1). This resonant-cavity antenna, designed to be used in the giga-Hertz range, is thus of very simple construction. It can be made in a particularly advantageous manner from a dielectric base on the surface of which a metal coating is deposited by metallization, the distribution of the coupling openings on the front portion of the base being effected by photogravure.
Description
Hohlraumresonator-Antenne Cavity antenna
Die Erfindung bezieht sich auf eine HohlraumresonatorAntenne entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlraumresonator-Antenne entsprechen dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention relates to a cavity resonator antenna according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for producing a cavity resonator antenna.
Aus "A Cavity-Backed Resonant Slot Array - Theory and Measurement" von F. J. Paoloni (IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. AP-28, NO. 2, MARCH 1980) ist eine mit einer dielektrischen Füllung versehene Hohlraumresonator-Antenne von quaderförmigem Grundkörper bekannt, deren Koppelöffnungen als zueinander parallel verlaufende Schlitze ausgebildet sind, deren Länge einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Grundwellenlänge entspricht. Um eine korrekte Anregung dieses bekannten Hohlraumresonators zu erhalten, befinden sich innerhalb desselben im Bereich der Knotenpunkte des anzuregenden Wellenfeldes metallische Stifte, durch welche die Obermit der Unterseite des Antennenkörpers kurzgeschlossen
werden. Die Anordnung der Stifte bildet somit ein Modenfilter. Die vorliegende Hohlraumresonator-Antenne ist für linear polarisierte Wellen ausgelegt.From "A Cavity-Backed Resonant Slot Array - Theory and Measurement" by FJ Paoloni (IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. AP-28, NO. 2, MARCH 1980) is a cuboidal cavity antenna provided with a dielectric filling Known basic body, the coupling openings are formed as mutually parallel slots, the length of which corresponds to an integral multiple of half a basic wavelength. In order to obtain correct excitation of this known cavity resonator, there are metallic pins within it in the area of the nodes of the wave field to be excited, by means of which pins are short-circuited to the underside of the antenna body become. The arrangement of the pins thus forms a mode filter. The present cavity resonator antenna is designed for linearly polarized waves.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine HohlraumresonatorAntenne von einfachem Aufbau zu konzipieren, die sowohl für lineare als auch für zirkuläre Polarisation geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1. Wesentlich ist somit die Größe und Gestalt der einzelnen KoppelÖffnungen in Verbindung mit deren Anordnung relativ zu dem innerhalb des Resonatorkörpers anzuregenden Wellenfeldes v:on stehenden Wellen, wonach ausschließlich Halbwellen gleicher Polarität über die Koppelöffnungen in den Außenraum gelangen können bzw. umgekehrt. Die Koppelöffnungen können so angeordnet sein, daß sowohl horizontale als auch vertikale lineare Polarisationen möglich sind, wobei bei Anregung entsprechender Hohlleiterwellen auch Zwischenwerte elektrisch einstellbar sind. Darüber hinaus ist der Resonatorkörper sowohl für rechts- als auch für linksdrehende zirkuläre Polarisation geeignet.It is the object of the invention to design a cavity resonator antenna of simple construction which is suitable for both linear and circular polarization. This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1. What is essential is the size and shape of the individual coupling openings in connection with their arrangement relative to the wave field v: on standing waves to be excited within the resonator body, according to which only half waves of the same polarity over the Coupling openings can reach the outside or vice versa. The coupling openings can be arranged in such a way that both horizontal and vertical linear polarizations are possible, intermediate values also being electrically adjustable when appropriate waveguide waves are excited. In addition, the resonator body is suitable for both right-handed and left-handed circular polarization.
Die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 2 stellen eine vorteilhafte Variante dar. Es wird hierbei durch bestimmte Maßnahmen eine Phasenverschiebung zwischen den aus den einzelnen Koppelöffnungen austretenden Wellenanteilen erreicht, um auf diese Weise eine bestimmteThe features of the independent claim 2 represent an advantageous variant. In this case, certain measures achieve a phase shift between the shaft components emerging from the individual coupling openings in order in this way to determine a specific one
Richtcharakteristik zu erzielen, deren Hauptmaximum unter einem Winkel zur Normalen der strahlenden Fläche verläuft. Diese Wirkung wird erreicht durch die Anbringung einer wellenabsorbierenden bzw. diese stark dämpfenden BeSchichtung an den inneren Längs- bzw. Umfangsseiten des Antennenkörpers in Verbindung mit einer bestimmten Verteilung der Koppelöffnungen. Es werden hierbei innerhalb des Hohlraumresonators keine stehenden Wellen sondern Wanderwellen angeregt, wobei die Verteilung der Koppel
Öffnungen derart ist, daß zwischen den, aus einander benachbarten Koppelöffnungen austretenden Wellenanteilen jeweils eine bestimmte Phasenverschiebung besteht, so daß das aus den Wellenanteilen der einzelnen Koppelöffnungen zusammengesetzte Richtstrahldiagramm unter einem Winkel zur Normalen der strahlenden Fläche verläuft, der quantitativ durch das Ausmaß der Phasenverschiebung der einzelnen, aus den Koppelöffnungen austretenden Wellenanteile bestimmt ist. Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 stellen vorteilhafte konkrete Ausgestaltungen der Koppelöffnungen dar.To achieve directional characteristics, the main maximum of which is at an angle to the normal of the radiating surface. This effect is achieved by applying a wave-absorbing or strongly damping coating on the inner longitudinal or peripheral sides of the antenna body in conjunction with a specific distribution of the coupling openings. In this case, it is not standing waves but excitation waves that are excited within the cavity, the distribution of the coupling Apertures are such that there is a certain phase shift between the wave portions emerging from adjacent coupling apertures, so that the directional beam diagram composed of the wave portions of the individual coupling apertures runs at an angle to the normal of the radiating surface, which is quantitative through the extent of the phase shift of the individual , shaft components emerging from the coupling openings is determined. The features of claims 3 and 4 represent advantageous specific configurations of the coupling openings.
Durch die Merkmale des Anspruchs 5 wird in sehr einfacher Weise eine Impedanzanpassung zwischen dem Hohlleiter und dem Grundkörper der Hohlraumresonator-Antenne erreicht. Diese Impedanzanpassung, welche durch Variierung derDue to the features of claim 5, an impedance matching between the waveguide and the base body of the cavity resonator antenna is achieved in a very simple manner. This impedance matching, which is achieved by varying the
Eintauchtiefe des Hohlleiters in den Grundkörper erreichbar ist, erfordert keinerlei zusätzliche Bauteile.Immersion depth of the waveguide in the base body is accessible, requires no additional components.
Durch die Merkmale des Anspruchs 6 wird erreicht, daß Wellentypen höherer Ordnung, die durch den direkten Ubergang von dem Hohlleiter auf den Grundkörper des Antennenresonators angeregt würden, innerhalb des zwischengeschalteten Hohlkörpers weitestgehend gedämpft werden, so daß innerhalb des Grundkörpers im wesentlichen nur der Wellentyp angeregt wird, der dessen Auslegungsdaten entspricht. Der somit als Modenfilter wirkende Hohlkörper ist hohlleiterartig ausgestaltet und weist in der Regel eine geringere Quererstreckung auf als der Grundkörper. Er ist an den Grundkörper stumpf nach Art eines Hohlleiters angeschlossen. Gemäß den Ansprüchen 7 und c kann jeweils zwischen dem Hohlleiter und dem Hohlkörper bzw. dem Modenfilter sowie
zwischen dem Modenfilter und dem Grundkörper jeweils dadurch eine Impedanzanpassung erreicht werden, indem der Hohlleiter in den Hohlkörper und der Hohlkörper in den Grundkörper um eine bestimmte Strecke hineinragen. Es ist jedoch auch denkbar, eine derartige Impedanzanpassung lediglich bei einem der genannten Bauteile vorzunehmen.It is achieved by the features of claim 6 that higher-order wave types which would be excited by the direct transition from the waveguide to the base body of the antenna resonator are largely damped within the intermediate hollow body, so that essentially only the wave type is excited within the base body which corresponds to its design data. The hollow body thus acting as a mode filter is designed in the manner of a waveguide and generally has a smaller transverse extent than the base body. It is butt-connected to the base body in the manner of a waveguide. According to claims 7 and c can each between the waveguide and the hollow body or the mode filter and An impedance matching can be achieved between the mode filter and the base body by the waveguide projecting into the hollow body and the hollow body into the base body by a certain distance. However, it is also conceivable to carry out such an impedance matching only for one of the components mentioned.
Besondere Vorteile, insbesondere für die Richtcharakteristik ergeben sich dann, wenn der Grundkörper gemäß Anspruch 9 mit einer dielektischen Füllung versehen ist. Die dielektrische Füllung ist derart ausgewählt, daß die Wellenlänge innerhalb des Hohlraumresonators auf die Ereiraumwellenlänge reduziert wird. Durch das Dielektrikum Iäßt sich eine Richtstrahlcharakteristik erreichen, welche durch lediglich ein Hauptmaximum in Richtung der Flächennormalen der strahlende Fläche charakterisiert ist.Special advantages, in particular for the directional characteristic, result when the base body is provided with a dielectric filling. The dielectric fill is selected such that the wavelength within the cavity is reduced to the space wavelength. A directional beam characteristic can be achieved by the dielectric, which is characterized by only one main maximum in the direction of the surface normal of the radiating surface.
Dier Merkmale der Ansprüche 10 und 11 stellen vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 2 dar.The features of claims 10 and 11 represent advantageous embodiments of the subject matter of claim 2.
Es ist darüber hinaus die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlraumresonatorε mit einer dielektrischen Füllung zu konzipieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs.12. Wesentlich ist somit, daß von einem dielektrischen Grundkörper ausgegangen wird, der mit einer metallischen, die Wandungen des Hohlraumresonators bildenden Schicht überzogen wird, wobei in diese Schicht die Koppelöffnungen und sonstige Öffnungen, z.B. für den Anschluß eines Hohlleiters eingearbeitet werden. Dieses Herstellungsverfahren ist besonders einfach und preiswert durchführbar. Gemäß Anspruch 13 werden die Koppelöffnungen durch Fotoätzung, Prägung oder dergleichen hergestellt. Zur Herstellung einer bestimmten Verteilung der Koppelöffnungen können somit grundsätzlich alle Techniken eingesetzt wer
den, die zur Herstellung von gedruckten Schaltungen bekannt sind. Es ist auf diesem Wege gleichzeitig auch möglich, zusammen mit den metallischen Wandungen des Hohlraumresonators auch aktive elektrische Komponenten sowie eine eventuell erforderliche Anpassungsschaltung zusammen mit diesem herzustellen.It is also the object of the invention to design a method for producing a cavity resonator with a dielectric filling. This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 12. It is therefore essential that a dielectric base body is assumed which is coated with a metallic layer which forms the walls of the cavity resonator, the coupling openings and other openings, for example for the connection of a waveguide, being incorporated into this layer. This manufacturing process is particularly simple and inexpensive to carry out. According to claim 13, the coupling openings are made by photoetching, embossing or the like. In principle, all techniques can be used to produce a specific distribution of the coupling openings those known for the manufacture of printed circuits. In this way, it is also possible at the same time, together with the metallic walls of the cavity resonator, to also produce active electrical components and any adaptation circuit which may be required together with the latter.
Die Merkmale des Anspruchs 14 stellen eine vorteilhafte Vorgehensweise bei der Herstellung der metallischen Schicht auf den dielektrischen Grundkörper dar. Hierbei wird zunächst eine beispielsweise aus Silber bestehende Schicht, auf den Grundkörper aufgedampft, wobei anschließend diese Silberschicht auf galvanischem bzw. elektrolytischem Wege durch Kupfer verstärkt wird.The features of claim 14 represent an advantageous procedure for the production of the metallic layer on the dielectric base body. In this case, a layer consisting, for example, of silver is first vapor-deposited onto the base body, this silver layer then being galvanically or electrolytically reinforced by copper .
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further advantages and features of the invention result from the exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen HohlraumresonatorAntenne; Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Hohlraumresonator-Antenne;1 shows a perspective view of a first embodiment of a cavity resonator antenna according to the invention; 2 is a perspective view of another embodiment of a cavity resonator antenna;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Hohlraumresonator-Antenne;3 shows a side view of a cavity resonator antenna;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antenne in Schnittdarstellung; Fig. 5 eine Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Antenne in Schnittdarstellung;4 shows a side view of an antenna according to the invention in a sectional view; 5 shows a side view of another antenna according to the invention in a sectional view;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Antenne.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Hohlraumresonator-Antenne. Diese besteht gemäf: Fig. 1 aus einem flachen quaderförmigen, hohl ausgebildeten Grundkörper 1, dessen Vorderseite 2 KoppelÖffnungen 3 in gleichmäßiger Verteilung trägt und dessen Rückseite 4 mit einem Hohlleiter 5 in noch zu erläuternder Weise in Verbindung steht.Fig. 6 is a sectional view of another antenna according to the invention. 1 and 2 show two exemplary embodiments of a cavity resonator antenna according to the invention. This consists according to: Fig. 1 of a flat cuboid, hollow base body 1, the front 2 carries coupling openings 3 in a uniform distribution and the back 4 is connected to a waveguide 5 in a manner yet to be explained.
Der Grundkörper 1' des Hohlraumresonators entsprechend Fig. 2 ist als flacher Zylinder ausgebildet, dessen Vorderseite 2' Koppelöffnungen 3' trägt und dessen Rückseite 4' in ebenfalls noch zu erläuternder Weise mit einem Hohlleiter 5' in Verbindung steht. Die Koppelöffnungen 3' sind hier als zueinander konzentrische Kreisringflachen ausgebildet. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein X-Y-Z Koordinatensystem eingetragen, wobei die X-Y Ebene jeweils parallel zu den Ebenen der Vorderseiten 2, 2' verläuft, wobei die Z-Achse normal zu dieser Ebene verläuft.The basic body 1 'of the cavity resonator according to FIG. 2 is designed as a flat cylinder, the front side 2' of which has coupling openings 3 'and the rear side 4' of which is also to be explained with a waveguide 5 '. The coupling openings 3 'are designed here as annular surfaces which are concentric with one another. 1 and 2, an X-Y-Z coordinate system is entered in each case, the X-Y plane running parallel to the planes of the front sides 2, 2 ', the Z axis running normally to this plane.
Die Koppelöffnungen 3, 3' weisen in Richtung der X- bzw. der Y-Achse jeweils solche Abstände voneinander auf, die einer halben Wellenlänge von der Welle entsprechen, die empfangen bzw. abgestrahlt werden soll. Es sind die Verteilung der Koppelöffnungen 3,3' über die Vorderseite 2,2' sowie die Koppelöffnungen 3,3' darüber hinaus derart beschaffen, daß jeweils die positiven Halbwellen der innerhalb der Grundkörper 1,1' befindlichen stehenden Wellenfelder aus diesen Koppelöffnungen herausragen, so daß auf der Vorderseite 2,2' eine gleichförmige Amplitudenbewegung ansteht. Die Grundkörper 1,1' sind mit einem Dielektrikum von geringer Dämpfung ausgefüllt, welches so gewählt ist, daß durch dessen dielektrische Eigenschaften die dem jeweiligen Hohlraumresonator
azuordnende Wellenlänge
der Wellenlänge des Außenraumes in etwa entspricht. Durch die dielektrische Füllung des Grundkörpers 1,1' in Verbindung mit der beschriebenen Verteilung der Koppelöffnungen 3,3' wird eine Richtcharakteristik erreicht, bei welcher in einer Richtung parallel zur Z-Achse einIn the direction of the X and Y axes, the coupling openings 3, 3 'each have such distances from one another that correspond to half a wavelength from the wave that is to be received or emitted. The coupling openings 3.3 'are distributed over the front 2.2' and the coupling openings 3.3 'are such that the positive half-waves of the standing wave fields located within the base body 1,1' protrude from these coupling openings. so that there is a uniform amplitude movement on the front 2.2 '. The basic bodies 1, 1 'are filled with a dielectric of low attenuation, which is chosen such that the dielectric properties of the respective cavity resonator assignable wavelength corresponds approximately to the wavelength of the exterior. Due to the dielectric filling of the base body 1, 1 'in connection with the described distribution of the coupling openings 3, 3', a directional characteristic is achieved, in which a direction parallel to the Z axis
Hauptmaximum vorhanden ist, wobei nur geringe Nebenzipfel auftreten. Es existiert somit nur diese eine Richtung des Hauptmaximums, unter welcher die aus den Koppelöffnungen auftretenden Einzelwellen gleichphasig schwingen, Die Herstellung des Grundkörpers 1,1' erfolgt erfindungsgemäß besonders einfach dadurch, indem von dem bereits vorgeformten bzw. in sonstiger Weise gestalteten Dielektrikum ausgegangen wird, wobei auf dieses Dielektrikum die metallischen Wandungen des Grundkörpers aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise auf galvanischem Wege dadurch geschehen, indem auf das Dielektrikum unmittelbar zunächst eine Silberschicht aufgebracht wird und diese anschließend auf galvanischem bzw. elektrolytischem Wege durch Kupfer verstärkt wird, wobei die Verteilung der Koppelöffnungen 3,3' durch Fotoätzung hergestellt werden. Es können jedochbei der Herstellung der Verteilung der Koppelöffnungen praktisch diejenigen Verfahren grundsätzlich Anwendung finden, die von der Technik der gedruckten Schaltungen her bekannt sind.Main maximum is present, with only minor side lobes occurring. There is therefore only this one direction of the main maximum, below which the individual waves emerging from the coupling openings oscillate in phase. The basic body 1, 1 'is produced according to the invention particularly simply by starting from the already pre-formed or otherwise designed dielectric, the metallic walls of the base body being applied to this dielectric. This can be done, for example, by galvanic means, in that a silver layer is first applied directly to the dielectric and this is then galvanically or electrolytically reinforced by copper, the distribution of the coupling openings 3, 3 'being produced by photoetching. However, practically those methods known from the art of printed circuits can basically be used in the production of the distribution of the coupling openings.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Hohlraumresonator, an dessen Grundkörper 6 rückseitig ein weiterer Hohlkörper 7 angeschlossen ist, der seinerseits mit einem Hohlleiter 8 in Verbindung steht. Der Übergang von dem Hohlleiter 8 in den Hohlkörper 7 sowie der Übergang von dem Hohlkörper 7 in den Grundkörper 6 sind hier identisch ausgebildet, d.h. daß sich in der Rückseite 9 des Hohlkörpers 7 eine Öffnung befindet, deren Maße denjenigen
des Hohlleiters 8 entsprechen und in welche der Hohlleiter S eingesetzt ist. Bekanntlich werden beim Übergang eines Hohlleiters in einen Hohlraumresonator stets und unvermeidbar Wellen höherer Ordnung angeregt, die elektrische Verluste verursachen. Der Hohlkörper 7 ist in seinen Abmessungen bezüglich des Hohlleiters 8 und bezüglich des Grundkörpers 6 derart bemessen, daß durch den Übergang angeregte Wellentypen höherer Ordnung aus dem Spektrum weitestgehend herausgedämpft werden. Der Hohlkörper 7 wirkt somit als Modenfilter, so daß in dem durch den Grundkörper 6 umgrenzten Hohlraum anstehenden Wellenfeld im wesentlichen nur solche Wellentypen (Moden) auftreten, die zur Abstrahlung über die Koppelöffnungen bzw. zum Empfang durch die Koppelöffnungen erwühscht sind.3 shows a cavity resonator according to the invention, to the base body 6 of which a further hollow body 7 is connected on the rear, which in turn is connected to a waveguide 8. The transition from the waveguide 8 into the hollow body 7 and the transition from the hollow body 7 into the base body 6 are identical here, ie there is an opening in the rear 9 of the hollow body 7, the dimensions of which are those of the waveguide 8 and in which the waveguide S is inserted. As is known, waves of higher order are always and inevitably excited during the transition of a waveguide into a cavity resonator, which cause electrical losses. The dimensions of the hollow body 7 with respect to the waveguide 8 and with respect to the base body 6 are dimensioned such that higher-order wave types excited by the transition are largely attenuated from the spectrum. The hollow body 7 thus acts as a mode filter, so that essentially only those wave types (modes) occur in the wave field which is defined by the base body 6 and which are desired for radiation via the coupling openings or for reception through the coupling openings.
Die in Fig. 3 beschriebene Form des erfindungsgemäßen Hohlraumresonators mit Modenfilter ist grundsätzlich bei beliebigen Formen des Grundkörpers 6 anwendbar, d.h. sowohl bei solchen mit kreisförmiger Vorderseite als auch bei solchen mit rechteckiger oder quadratischer Vorderseite. Bekanntlich tritt bei der Verbindung eines Hohlleiters mit einem Hohlraumresonator das Problem deren unterschiedlicher Iigpedanzen auf, so daß in der Regel besondere Anpassungsmaßnahmen erforderlich sind. Dies kann beispielsweise auf schaltungstechnischem Wege erreicht werden.The shape of the cavity resonator with mode filter according to the invention described in FIG. 3 can in principle be used with any shape of the base body 6, i.e. both those with a circular front and those with a rectangular or square front. As is known, when a waveguide is connected to a cavity resonator, the problem of their different igpedances arises, so that special adaptation measures are generally required. This can be achieved, for example, by circuitry.
In den Darstellungen der Fig. 4 und 5 ist mit den Ziffern 10 der jeweilige Grundkörper des Hohlraumresonators bezeichnet, dessen Vorderseite 11 jeweils die Koppelöffnungen trägt. Während in Fig. 5 ein Hohlleiter 12 unmittelbar in den Grundkörper 10 hineinragt, befindet sich bei Fig. 4 zwischen dem Hohlleiter 12 und dem Grundkörper 10 ein als Modenfilter konzipierter Hohlkörper 13. Eine
Impedanzanpassung zwischen den miteinander verknüpften Bauteilen, nämlich in Fig. 4 dem Hohlleiter 12, dem Hohlkörper 13 und dem Grundkörper 10 und in Fig. 5 dem Hohlleiter 12 und dem Grundkörper 10 wird dadurch erreicht, daß der Hohlleiter eine gewisse Strecke in den Grundkörper 10 bzw. den Hohlkörper 13 hineinragt, wobei in gleicher Weise der Hohlkörper 13, dessen Vorderseite 14 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 offen ist, in den Grundkörper 10 hineinragt. Quantitativ wird das Ausmaß der Anpassung durch das Ausmaß des Ineinanderragens dieser Bauteile erreicht.4 and 5, the respective base body of the cavity resonator is designated by the numerals 10, the front side 11 of which in each case carries the coupling openings. 5, a waveguide 12 projects directly into the base body 10, in FIG. 4 there is a hollow body 13 designed as a mode filter between the waveguide 12 and the base body 10 Impedance matching between the interconnected components, namely in Fig. 4 the waveguide 12, the hollow body 13 and the base body 10 and in Fig. 5 the waveguide 12 and the base body 10 is achieved in that the waveguide a certain distance into the base body 10 or protrudes the hollow body 13, the hollow body 13, the front side 14 of which is open as in the exemplary embodiment in FIG. 3, projecting into the base body 10 in the same way. The extent of the adaptation is achieved quantitatively by the extent of the intermeshing of these components.
Fig. 6 zeigt den Grundkörper 15 eines erfindungsgemäßen Hohlraumresonators, an welchen ein Hohlleiter 16 angeschlossen ist und der innenseitig im Bereich seiner Längsseiten 17 eine Beschichtung 18 trägt, welche aus einem Material von hoher elektrischer Dämpfungsfähigkeit wie z.B.Nickel besteht. Es kann jedoch hier grundsätzlich jedes andere Material eingesetzt werden, welches für Mikrowellen der hier eingesetzten Frequenz stark absorbierend bzw. dämpfend wirkt. Erreicht wird auf diese Weise, daß sich in Abweichung von den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 innerhalt des Grundkörpers 15 keine stehenden Wellen, welche an den Seitenflächen reflektiert werden sondern Wanderwellen ausbilden, die sich in Richtung auf die Seitenflächen 17 hin ausbreiten. Es können nunmehr die Roppelöffnungen auf der Vorderseite 19 des Grundkörpers 15 derart gewählt werden, daß zwischen den aus diesen Koppelöffnungen austretenden Teilwellenzügen eine bestimmte Phasenverschiebung besteht, so daß die Richtcharakteristik, insbesondere das Hauptmaximum desFig. 6 shows the basic body 15 of a cavity resonator according to the invention, to which a waveguide 16 is connected and which has a coating 18 on the inside in the region of its longitudinal sides 17, which consists of a material of high electrical damping capacity, such as nickel. In principle, however, any other material can be used that has a strong absorption or damping effect for microwaves of the frequency used here. It is achieved in this way that, in deviation from the embodiments of FIGS. 1 and 2, inside the base body 15 there are no standing waves which are reflected on the side surfaces, but rather traveling waves which propagate in the direction of the side surfaces 17. It is now possible to choose the double openings on the front side 19 of the base body 15 such that there is a certain phase shift between the partial wave trains emerging from these connecting openings, so that the directional characteristic, in particular the main maximum of the
Hohlraumresonators beispielsweise in einer Richtung liegt, welche durch die strichpunktierte Linie 20 angedeutet ist. Es ist darüber hinaus möglich, insbesondere bei zylin
drischen Grundkörpern 15, die Verteilung der Koppelöffnungen auf der Vorderseite 19 entsprechend rotationssymmetrisch auszubilden, so daß die Richtcharakteristik einer auf diese Weise gebildeten Antenne durch ein Empfangs- bzw. Sendeoptimum unter einem Winkel α zur Horizontalen gekennzeichnet ist. Eine derartige Empfangsantenne ist beispielsweise besonders für den Satellitenempfang in einem azimutalen Bereich von 360° anwendbar, wobei der Elevationswinkel α beispielsweise 30° betragen kann. Die Herstellung einer solchen Antenne entsprechend der Fig. 6 kann nach dem eingangs bereits beschriebenen Verfahren erfolgen.
Cavity resonator, for example, lies in a direction which is indicated by the dash-dotted line 20. It is also possible, especially with zylin Drical base body 15, the distribution of the coupling openings on the front 19 to be designed correspondingly rotationally symmetrical, so that the directional characteristic of an antenna formed in this way is characterized by a reception or transmission optimum at an angle α to the horizontal. Such a receiving antenna is particularly applicable, for example, for satellite reception in an azimuthal range of 360 °, the elevation angle α being 30 °, for example. 6 can be produced according to the method already described at the beginning.
Claims
1. Hohlraumresonator-Antenne, mit einem Grundkörper (1,1', 6,10,15), dessen eine Seite mit Koppelöffnungen (3,3') versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelöffnungen (3,3') in Abhängigkeit von dem innerhalb des mit einem Hohlleiter (5,5',8, 12, 16) in Verbindung stehenden Grundkörpers (1,1',6,10,15) anzuregenden Wellenfeldes so bemessen und angeordnet sind, daß jeweils Halbwellen gleicher Polarität ausbzw. einkoppelbar sind.1. Cavity resonator antenna, with a base body (1,1 ', 6,10,15), one side of which is provided with coupling openings (3,3'), characterized in that the coupling openings (3,3 ') are dependent of the wave field to be excited within the main body (1, 1 ', 6, 10, 15) which is to be excited with a waveguide (5, 5', 8, 12, 16) in such a way that half waves of the same polarity are emitted or out. can be coupled.
2. Hohlraumresonator-Antenne, mit einem Grundkörper (15), dessen eine Seite mit Koppelöffnungen (3,3') versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseiten (17) bzw. die Umfangsseiten des Grundkörpers innenseitig mit einer Beschichtung (16) aus einem elektrisch stark dämpfenden Material überzogen sind und daß die Koppelöffnungen hinsichtlich der Vertei lung ihrer Gestaltungen und Bemessungen - zumindest in einer Richtung gesehen - derart ausgebildet sind, daß die über die einander benachbarten Koppelöffnungen ein- bzw. auskoppelbaren Wellenanteile zueinander phasenverschoben sind.2. Cavity resonator antenna, with a base body (15), one side of which is provided with coupling openings (3, 3 '), characterized in that the longitudinal sides (17) or the peripheral sides of the base body on the inside with a coating (16) an electrically strongly damping material are coated and that the coupling openings with respect to the distribution of their designs and dimensions - at least in one direction seen - are designed such that the shaft components that can be coupled in and out via the adjacent coupling openings are phase-shifted with respect to one another.
3. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelöffnungen (3,3') rechteckig oder quadratisch ausgestaltet sind.3. cavity resonator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling openings (3,3 ') are rectangular or square.
4. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1') zylindrisch ausgestaltet ist und daß die Koppelöffnungen (3') als zueinander konzentrische Kreisringe ausgestaltet sind.4. cavity resonator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the base body (1 ') is cylindrical and that the coupling openings (3') are designed as concentric circular rings.
5. Hohlraumresonator-Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (12,16) um eine bestimmte Strecke in den5. cavity resonator antenna according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the waveguide (12, 16) by a certain distance in the
Grundkörper (10,15) hineinragt.Basic body (10.15) protrudes.
6. Hohlraumresonator-Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hohlleiter (8,12) und dem Grundkörper (6, 10) ein hohlleiterartig ausgebildeter Hohlkörper (7,13) angeordnet ist und daß der Hohlkörper (7,13) in Abhängigkeit von den Abmessungen des Hohlleiters( 8, 12) einerseits und des Grundkörpers (6,10) andererseits bzw. des in letzterem anzuregenden Wellenfeldes dahingehend bemessen ist, daß Wellentypen höherer Ordnung, deren Anregung durch die Querschnittssprünge zwischen dem Hohlleiter (8,12) und dem Grundkörper (6,10) bedingt sind, gedämpft werden.6. Cavity resonator antenna according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that between the waveguide (8, 12) and the base body (6, 10) a hollow conductor (7, 13) is arranged and that the hollow body ( 7.13) depending on the dimensions of the waveguide (8, 12) on the one hand and the base body (6,10) on the other hand or the wave field to be excited in the latter is dimensioned in such a way that wave types of higher order, their excitation by the cross-sectional jumps between the waveguide (8,12) and the base body (6,10) are caused to be damped.
7. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (7,13) um eine bestimmte Strecke in den Grundkörper (10) hineinragt. 7. cavity resonator antenna according to claim 6, characterized in that the hollow body (7,13) protrudes a certain distance into the base body (10).
8. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (12) um eine bestimmte Strecke in den Hohlkörper (13) hineinragt.8. cavity resonator antenna according to claim 6 or 7, characterized in that the waveguide (12) protrudes a certain distance into the hollow body (13).
9. Hohlraumresonator-Antenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1,1',6,10,15) in an sich bekannter Weise mit einer dielektrischen Füllung versehen ist.9. cavity resonator antenna according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the base body (1,1 ', 6,10,15) is provided in a manner known per se with a dielectric filling.
10. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Koppelöffnungen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.10. cavity antenna according to claim 2, characterized in that the distribution of the coupling openings is rotationally symmetrical.
11. Hohlraumresonator-Antenne nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (18) aus Nickel oder einem elektrisch vergleichbaren Material besteht.11. Cavity resonator antenna according to claim 2 or 10, characterized in that the coating (18) consists of nickel or an electrically comparable material.
12. Verfahren zur Herstellung einer Hohlraumresonator-Antenne mit einer dielektrischen Füllung, deren Vorderseite mit Koppelcffnungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Innenraum der Hohlraumresonator-Antenne entsprechend gestalteter Körper aus einem dielektrischen Werkstoff allseitig mit einer metallischen Schicht überzogen wird und daß in die metallische Schicht zumindest die Koppelöffnungen eingearbeitet werden.12. A method for producing a cavity resonator antenna with a dielectric filling, the front side of which is provided with coupling openings, characterized in that a body designed in accordance with the interior of the cavity resonator antenna and made of a dielectric material is coated on all sides with a metallic layer and in that metallic layer at least the coupling openings are incorporated.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Koppelöffnungen durch Fotoätzung,13. The method according to claim 12, characterized in that at least the coupling openings by photo-etching,
Prägung oder dergleichen hergestellt werden.Embossing or the like can be produced.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht auf galvanischem Wege auf eine elektrisch leitfähige Grundschicht aufgebracht wird. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the metallic layer is applied by electroplating to an electrically conductive base layer.
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