DE3129425A1

DE3129425A1 - MICROWAVE ANTENNA FOR CIRCULAR POLARISATION

Info

Publication number: DE3129425A1
Application number: DE19813129425
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Lange
Original assignee: HIRSCHMANN RADIOTECHNIK; RICHARD HIRSCHMANN RADIOTECHNISCHES WERK 7300 ESSLINGEN; Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk
Current assignee: Richard Hirschmann & Co 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1981-07-25
Filing date: 1981-07-25
Publication date: 1983-02-10
Also published as: DE3129425C2; EP0071069A3; EP0071069A2; FI75239B; FI822598A0; FI75239C; FI822598L

Description

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Richard-Hirschmann-Str. 19
73oo Esslingen a.N.Richard-Hirschmann-Str. 19th
73oo Esslingen aN

Patent application Microwave antenna for circular polarization

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenantenne für links- und rechtszirkular polarisierte elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Hohlleiterstrahler und zwei über einen 9a - 3 dB — Koppler (Hybrid) angesteuerten, um 9o zueinander senkrecht zur Achse des Hohlleiterstrahlers angeordneten Erregerstrahlern. Eine derartige, z.B. auch für den Satellitenempfang verwendbare aus der Praxis bekannte Mikrowellenantenne ist in Figur 1 dargestellt. Bei ihr können durch Einspeisen (Sendefall) bzw. Entnehmen (Empfangsfall) der Hochfrequenzenergie an einem der beiden voneinander entkoppelten Anschlußtore des Hybrids links- oder rechtspolarisierte Wellen erzeugt bzw. empfangen werden. Das jeweils andere Anschlußtor ist dabei entweder abgeschlossen, oder zum Empfangen bzw. Senden der jeweils orthogonalen Komponenten benutzt. Die Güte der Zirkularpolarisatian h;<ngt bei dieser bekannten Mikrowellenantenne entscheidend davon ab, daß die beiden Verbindungsleitungen L,, L„ zwischen den als über Steckverbinder ST in den Hohlleiterstrahler HS eintauchende Metallstifte ausgebildeten Erregerstrahlern S und dem Hybrid H, sowie die Metallstifte und die Steckverbinder exakt gleich lang sind. Beispielsweise darf der Längen unterschied im Bereich um 12 GHz (Satelliten-TV) nur etwa o,l mm betragen, wenn eine Abweichung von der erforderlichen 9a Phasen — differenz von max. 3 eingehalten werden soll. Diese hohen Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit der Kabel und Verbinder sind jedoch in der Praxis nur unter Zuhilfenahme komplizierter und teuerer Fertigungs- und Montagetechniken erfüllbar.The invention relates to a microwave antenna for left and right circularly polarized electromagnetic waves, consisting of a waveguide radiator and two excitation radiators controlled by a 9a - 3 dB coupler (hybrid) and arranged at 9o to each other perpendicular to the axis of the waveguide radiator. Such a microwave antenna known from practice, which can also be used for satellite reception , for example, is shown in FIG. With it, left- or right-polarized waves can be generated or received by feeding (transmitting) or removing (receiving) the high-frequency energy at one of the two mutually decoupled connection ports of the hybrid. The other connection port is either closed or used to receive or send the orthogonal components. In this known microwave antenna, the quality of the circular polarization depends crucially on the fact that the two connecting lines L ,, L “between the excitation radiators S, which are designed as metal pins that dip into the waveguide radiator HS via plug connectors ST, and the hybrid H, as well as the metal pins and the Connectors are exactly the same length. For example, the difference in length in the range around 12 GHz (satellite TV) may only be about 0.1 mm if a deviation from the required 9a phase difference of a maximum of 3 is to be observed. However, these high demands on the manufacturing accuracy of the cables and connectors can only be met in practice with the aid of complicated and expensive manufacturing and assembly techniques.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellenantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei hoher Genauigkeit der Phasendifferenz der Folarisationsanteile einen einfachen und kostengünstigen, möglichst für die Mengenfertigung geeigneten Aufbau aufweist. The invention is based on the object of a microwave antenna to create the type mentioned at the beginning, which with high accuracy of the phase difference of the folarization components a simple and inexpensive, Has a structure that is as suitable as possible for volume production.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Erregerstrahler, der Hybrid, sowie deren Verbindungsleitungen in Drucktechnik auf einem Substrat ausgeführt sind, dessen die Erregerstrahler tragender Teil transversal im Hohlleiterstrahler angeordnet ist. Die gedruckte Schaltung ist dabei mit einer einzigen Vorlage fotografisch hergestellt.This task is solved in that the excitation emitters, the hybrid, as well as its connecting lines, are printed using printing technology on a substrate, which contains the excitation radiators supporting part is arranged transversely in the waveguide radiator. The printed circuit is here with a single template photographically produced.

Bei dieser erfindungsgemäßen Mikrowellenantenne ist auf ebenso einfache wie elegante V/eise der Vorteil erreicht, daß die bei der bekannten Antenne erforderlichen Steckverbinder und ihre Ungenauigkeiten entfallen und darüber hinaus die Verbindungsleitungen zwischen den Erregerstrahlern und den entsprechenden Anschlüssen des Hybrids durch eine entsprechend große Vorlage praktisch beliebig genau und zudem äußerst kostengünstig herstellbar sind. Weiterhin ist die Platine bestens für die fi/lengenfertigung geeignet, ohne daß irgendwelche Verschlechterungen oder Schwankungen der Genauigkeit befürchtet werden müßten. Vielmehr sind mit der erfindungsgemäßen Antenne die Abweichungen von der E?o - Phasendifferenz ohne weiteres unter 1° zu halten. Außerdem weist sie im Vergleich zu dem beschriebenen Stand der Technik auch eine geringere Dämpfung auf. Schließlich entfällt durch den erfindungsgemäßen Aufbau ein gegebenenfalls nötiger Witterungsschutz (z.B. durch Abdeckung der Strahlerapertur) , weil das transversal im Hohlleiterstrahler angeordnete Substrat bereits eine ausreichende Abdichtung gegen Witterungseinflüsse bewirkt.This microwave antenna according to the invention is just as simple How elegant V / eise achieves the advantage that the known Antenna required connectors and their inaccuracies are omitted and moreover the connecting lines between the excitation radiators and the corresponding connections of the hybrid practically as desired by means of a correspondingly large template can be produced precisely and also extremely inexpensively. Furthermore, the board is ideally suited for the production of filaments, without that any deterioration or fluctuation in accuracy must be feared. Rather, with the invention Antenna to easily keep the deviations from the E? O phase difference below 1 °. It also exhibits compared to that The prior art described also has a lower attenuation. Finally, the structure according to the invention eliminates the need for any Necessary weather protection (e.g. by covering the lamp aperture) , because the substrate arranged transversely in the waveguide radiator already provides a sufficient seal against the effects of the weather causes.

Durch die in Anspruch 2 beschriebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Mikrowellenantenne ist ein einfaches Mittel an die Hand gegeben, die Wellentypwandlung von der unsymmetrischen Ein- bzw. Auskopplung auf die achssymmetrische Hohlleiterwelle (beim Rundhohlleiter H₁- - Typ) und damit die Anpassung zu verbessern, wobei selbstverständlich die Länge der Metallstreifen entsprechend dem jeweiligen Betriebsfrequenzbereich dimensioniert ist.The embodiment of the microwave antenna according to the invention described in claim 2 provides a simple means of improving the mode conversion from the asymmetrical coupling and decoupling to the axially symmetrical waveguide wave (in the case of the round waveguide H ₁ - type) and thus the adaptation, whereby of course, the length of the metal strips is dimensioned according to the respective operating frequency range.

Die durch den Aufbau gemäß Anspruch 3 gebildete Viertelwellenstichleitung, die bei Bedarf mittels eines verstellbaren Kurzschlusses einstellbar ausgeführt ist, kompensiert die durch die Erregerstrahler erzeugten störenden Blindkomponenten und verbessert dadurch eben falls die Anpassung der Antenne. Außerdem ist auf diese Weise imThe quarter-wave stub formed by the structure according to claim 3, which, if required, can be made adjustable by means of an adjustable short circuit, compensates for that caused by the exciter generated disturbing dummy components and thereby also improves the adaptation of the antenna. Also, in this way, the

Abstand einer Viertelwellenlänge vom Kurzschluß eine längsstromfreie Ebene erzeugt, in der der Einbau des Substrats keine Störungen verursacht.Distance of a quarter wavelength from the short-circuit a longitudinal current-free Plane is created in which the installation of the substrate does not cause any interference.

Die Figuren 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mikrowellenantenne, wobei Fig. 2 einen Achsialschnitt darstellt und Fig. 3 eine Draufsicht auf das transversal in die Antenne einzuführende Substrat.Figures 2 and 3 show an embodiment of the invention Microwave antenna, FIG. 2 showing an axial section and FIG. 3 showing a plan view of the transversal into the antenna substrate to be introduced.

Die Mikrowellenantenne weist einen in Strahlungsrichtung trichterförmig aufgeweiteten offenen Rundhohlleiter - Strahlerteil 1 und einen am Ende 2 kurzgeschlossenen Rundhohlleiter - Strahlerteil 3 auf. Zwischen den beiden mittels Befestigungsflanschen 4, 4¹ bzw. 5, 5' und Schrauben 6 fest miteinander verbundenen Strahlerteilen 1, 3 ist ein Substrat 7 eingebracht, welches aus einer beidseitig mit Metallbelag beschichteten Trägerplatte 8 aus Isoliermaterial besteht, wobei die dem Strahlerteil 1 zugewandte, zusammen mit dem Gehäuse die Massefläche bildende Metallschicht 9 eine kreisförmige Ausnehmung aufweist, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des Rundhohlleiters entspricht, sodaß die elektromagnetischen Wellen ungehindert die Trägerplatte 8 passieren können. Auf deren anderer Seite ist die Metallschicht Io bis auf zwei Antennenanschlußleitungen 11, einraaran angeschlossenen, aus vier jeweils ^-/4—langen, in Rechteckkonfiguration zusammengeschalteten Leiterbahnen aufgebauten Hybrid 12, zwei weitere exakt gleich lange Leitungen 13 zum Verbinden des Hybrid 12 mit zwei unter 9o° zueinander angeordneten Erregerstrahlern 14, deren gleiche Längen aus dem in den Strahlerteil 1 hineinragenden Endabschnitt der Leitungen 13 gebildet sind, sowie zwei den Erregerstrahlern 14 diametral gegenüberliegenden,in Betriebsstellung ebenfalls in den Strahlerteil 1 hineinragenden kurzen,mit der verbleibenden Massefläche Io verbundenen Metallstreifen 15 weggeätzt. Die Leitungen 11 und 13 sind als 5o-0hm-Leitungen in Mikrostrip-Technik ausgebildet. In montiertem Zustand der Mikrowellenantenne ist zwischen den Flanschen 4 und 5 ein Kanal 16 zur berührungsfreien Anordnung der Verbindungsleitungen 13, des Hybrids 12, sowie der Anschlußleitungen 11 gebildet, welch letztere über eine Steckverbindung 17, deren einer Teil in einer Halterung 18 angeordnet ist, an weiterführende Kabel 19 angeschlossen sind.The microwave antenna has an open circular waveguide - radiator part 1, which is expanded in the direction of a funnel in the direction of radiation and a circular waveguide - radiator part 3 short-circuited at the end 2. Between the two radiator parts 1, 3 firmly connected to one another by means of fastening flanges 4, 4 ¹ or 5, 5 'and screws 6, a substrate 7 is inserted, which consists of a carrier plate 8 made of insulating material coated on both sides with a metal coating, the one facing the radiator part 1 , together with the housing, the metal layer 9 forming the ground plane has a circular recess, the diameter of which corresponds to the inner diameter of the circular waveguide, so that the electromagnetic waves can pass the carrier plate 8 unhindered. On the other side is the metal layer Io except for two antenna connection lines 11, connected individually, made up of four ^ - / 4-long, interconnected in a rectangular configuration hybrid 12, two further lines 13 of exactly the same length for connecting the hybrid 12 with two below 90 ° to each other arranged excitation radiators 14, the same lengths of which are formed from the end section of the lines 13 protruding into the radiator part 1, as well as two short metal strips 15, diametrically opposite the excitation radiators 14, also protruding into the radiator part 1 in the operating position and connected to the remaining ground surface Io etched away. The lines 11 and 13 are designed as 50 ohm lines using microstrip technology. In the assembled state of the microwave antenna, a channel 16 is formed between the flanges 4 and 5 for the contactless arrangement of the connecting lines 13, the hybrid 12 and the connecting lines 11, the latter via a plug connection 17, one part of which is arranged in a holder 18 Continuing cables 19 are connected.

Durch die Ansteuerung der beiden gekreuzten Erregerstrahler 14 über einen Hybrid 12 ist die in den Leitungen 11 geführte linear polarisierte Welle in eine vom Trichterstrahler abstrahlbare bzw. empfangbare zirkulär polarisierte Welle umgewandelt. Die gesamte Mikrowellenantenne ist durch den vollständigen Aufbau in Drucktechnik auf äußerst einfache und kostengünstige Weise in den Abmessungen sehr genau herstellbar. Darüber hinaus ist durch exakte Dimensionierung der beschriebenen Antennenteile einerseits, sowie durch die beiden entsprechend der jeweiligen Betriebsfrequenz bemessenen f/.etallstreifen 15 und das kurzgeschlossene Viertelwellen-Strahlerteil 3 eine sehr gute Anpassung und störungsfreie Auskopplung am Einfügungsort des Substrats 7 erreicht.By controlling the two crossed excitation emitters 14 Via a hybrid 12, the linearly polarized wave guided in the lines 11 is converted into a beam that can be emitted or emitted by the funnel emitter. receivable circularly polarized wave converted. The entire microwave antenna is through the complete construction the dimensions can be produced very precisely using printing technology in an extremely simple and inexpensive manner. In addition, is through exact dimensioning of the antenna parts described on the one hand, as well as by the two metal strips 15, which are dimensioned according to the respective operating frequency, and the short-circuited quarter-wave radiator part 3 achieves a very good adaptation and interference-free coupling-out at the insertion point of the substrate 7.

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Claims

(I.) Microwave antenna for left and right circularly polarized electromagnetic waves, consisting of a waveguide radiator and two controlled by a 90 ° - 3 dB coupler (hybrid), Exciter radiators arranged at 9o to one another perpendicular to the axis of the waveguide radiator, characterized in that that the exciter (14), the hybrid (12), and their connecting lines (l3) in printing technology on one Substrate (?) Are executed, the part carrying the excitation radiator (14) is arranged transversely in the waveguide radiator,

2. Microwave antenna according to claim 1, characterized in that on the substrate (?) offset by 18o to the excitation radiators (14), arranged in their extension metal strips (15) are provided, which are preferably over the end face of the waveguide radiator part (3) resting on the ground plane (lo) are conductively connected to this.

3. Microwave antenna according to claim 1 or 2, characterized in that that the exciter (14) at a distance of about one Quarter of the mean waveguide operating wavelength are arranged in front of the short-circuited end of the waveguide radiator.