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DE1118282B - Surface radiator for the emission and reception of electromagnetic waves from several widely spaced frequency bands - Google Patents

Surface radiator for the emission and reception of electromagnetic waves from several widely spaced frequency bands

Info

Publication number
DE1118282B
DE1118282B DET17353A DET0017353A DE1118282B DE 1118282 B DE1118282 B DE 1118282B DE T17353 A DET17353 A DE T17353A DE T0017353 A DET0017353 A DE T0017353A DE 1118282 B DE1118282 B DE 1118282B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency bands
frequency
ribs
mirror
ghz
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DET17353A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr-Phys Erich Schuettloeffel
Hans-Dietrich Kuehne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken Patentverwertungs GmbH
Original Assignee
Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DED25217A external-priority patent/DE1100098B/en
Application filed by Telefunken Patentverwertungs GmbH filed Critical Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority to DET17353A priority Critical patent/DE1118282B/en
Publication of DE1118282B publication Critical patent/DE1118282B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
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    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Landscapes

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  • Electromagnetism (AREA)
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Description

Bei Richtfunkstrecken besteht neuerdings die Aufgabe, über eine Antenne bzw. über einen Umlenkspiegel mehrere weit auseinander liegende Frequenzbänder, z. B. die Frequenzbänder 2, 4 und 6 GHz, zu schicken. Die Bündelung einer Richtantenne kann mit Rücksicht auf die Ausbreitungsbedingungen und die mechanischen Schwankungen des Antennenträgers nicht beliebig scharf gemacht werden. Als untere, allerdings nicht sehr scharfe Grenze für die Halbwertsbreite der Strahlungscharakteristik wird im allgemeinen ein mittlerer Wert von 2° angenommen. Die Bündelung eines Flächenstrahlers ist nun um so schärfer, je größer seine Dimensionen, gemessen in Wellenlängen, sind. Die Bündelung einer gegebenen Antenne nimmt also mit steigender Frequenz zu bzw. die Halbwertsbreite ab. Vorausgesetzt ist dabei, daß sich die Belegung der Fläche nicht wesentlich ändert. Ist z. B. ein Umlenkspiegel so dimensioniert, daß seine Strahlungscharakteristik bei 2 GHz etwa die noch zulässige Größe der Halbwertsbreite von 2° besitzt, so wird diese bei 4 GHz nur noch 1° und bei 6 GHz nur noch 0,6° betragen, d. h. daß bei den höheren Frequenzbändern die Bündelung dieser Antenne weit über das zulässige Maß hinausgeht.In the case of directional radio links, there has recently been the task of using an antenna or a deflecting mirror several widely spaced frequency bands, e.g. B. the frequency bands 2, 4 and 6 GHz, too send. The bundling of a directional antenna can take into account the propagation conditions and the mechanical fluctuations of the antenna carrier are not made arbitrarily sharp. As lower, however, there is generally not a very sharp limit for the half-width of the radiation pattern an average value of 2 ° assumed. The bundling of a surface radiator is now all the more sharper, the larger its dimensions, measured in wavelengths, are. The bundling of a given The antenna increases with increasing frequency or the half width decreases. The prerequisite is that the occupancy of the area does not change significantly. Is z. B. dimensioned a deflection mirror so that its radiation pattern at 2 GHz is about the still permissible size of the half-width of 2 ° possesses, this will be only 1 ° at 4 GHz and only 0.6 ° at 6 GHz, i.e. H. that with the higher frequency bands the bundling of this antenna goes far beyond the permissible level.

Gemäß dem Hauptpatent wird bei einem Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinander hegender Frequenzbänder, z. B. 2-, 4- und 6-GHz-Band, die Größe der Apertur des Flächenstrahlers so gewählt, daß bei der tiefsten Betriebsfrequenz bei konphaser Belegung die Breite der Hauptkeule etwa den zulässigen Minimalwert hat, während die bei höheren Frequenzen auftretende Verschmälerung der Hauptkeule ganz oder teilweise dadurch ausgeglichen wird, daß die Phase der Aperturbelegung des Flächenstrahlers eine entsprechende Frequenzabhängigkeit aufweist.According to the main patent, a surface radiator for emission and reception is electromagnetic Waves of several widely spaced frequency bands, e.g. B. 2-, 4- and 6-GHz band, the size of the aperture of the surface emitter selected so that at the lowest operating frequency at konphaser occupancy the width of the main lobe has about the minimum permissible value, while the at Narrowing of the main lobe that occurs at higher frequencies is completely or partially compensated for by this is that the phase of the aperture occupancy of the surface radiator has a corresponding frequency dependence having.

Ein solches Beispiel zeigt die Fig. 1 an Hand eines rhombischen Umlenkspiegels. Der obere Teil der Figur zeigt den Spiegel von vorn und der untere Teil von oben. Die rhombische Apertur 1 ist für die tiefste Frequenz der Wellenlänge X1 optimal ausgelegt, d. h. in der Breitenausdehnung ist der Spiegel so groß gewählt, daß die gerade noch zulässige Bündelung erreicht wird. Damit nun bei der doppelten Frequenz der Wellenlänge X2 diese maximal zulässige Bündelung nicht überschritten wird, sind die Enden des Spiegels um den Betrag h= X2li vorgezogen, so daß bei der Wellenlänge I2 Auslöschung auftritt. Die effektive Größe des Spiegels für die Wellenlänge I2 ist also durch den Raum zwischen den beiden abgewinkelten Endteilen gegeben, abzüglich einer Fläche, die gleichSuch an example is shown in FIG. 1 using a rhombic deflecting mirror. The upper part of the figure shows the mirror from the front and the lower part from above. The rhombic aperture 1 is optimally designed for the lowest frequency of the wavelength X 1 , ie the width of the mirror is chosen to be so large that the just permissible bundling is achieved. So that this maximum permissible bundling is not exceeded at twice the frequency of the wavelength X 2 , the ends of the mirror are brought forward by the amount h = X 2li, so that extinction occurs at the wavelength I 2. The effective size of the mirror for the wavelength I 2 is therefore given by the space between the two angled end parts, minus an area that is the same

Flächenstrahler zur AusstrahlungSurface spotlights for radiation

und zum Empfang elektromagnetischerand to receive electromagnetic

Wellen mehrerer weit auseinander liegenderWaves of several far apart

FrequenzbänderFrequency bands

Zusatz zum Patent 1100 098Addition to patent 1100 098

Anmelder:Applicant:

TelefunkenTelefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Dr.-Phys. Erich SchüttlöffelDr.-Phys. Erich Schüttlöffel

und Hans-Dietrich Kühne, Backnang (Württ),and Hans-Dietrich Kühne, Backnang (Württ),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

a5 der der beiden Endteile ist. Dabei kann der Abstand zwischen den beiden abgewinkelten Teilen des Spiegels gerade so bemessen werden, daß auch für I2 die noch eben zulässige Bündelung auftritt. Für die tiefen Frequenzen (X1) bleiben die Endzipfel 2 und der entsprechende Anteil der Fläche 1 praktisch unwirksam, da die Höhe h = l2/i ist. Umgerechnet auf X1 beträgt h ja nur λ1/8, daher tritt also für die längere Welle X1 nur eine entsprechende Verschlechterung des Wirkungsgrades auf.a5 is that of the two end parts. The distance between the two angled parts of the mirror can be dimensioned in such a way that the bundling which is just permissible also occurs for I 2. For the low frequencies (X 1 ) , the end lobes 2 and the corresponding portion of the surface 1 remain practically ineffective, since the height h = l 2 / i . Converted to X 1 , h is only λ 1/8 , so only a corresponding deterioration in efficiency occurs for the longer wave X 1.

Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, den Spiegel auf seiner Oberfläche derart mit Rippen zu versehen, daß diese für die tiefste Frequenz (X1) unwirksam sind, während sie für die höchste Frequenz (?i2) voll wirksam sind und die Spiegelfläche verkleinern. According to the invention it is now proposed to provide the mirror on its surface with ribs in such a way that they are ineffective for the lowest frequency (X 1 ) , while they are fully effective for the highest frequency (? I 2 ) and reduce the mirror surface.

Vorteilhaft ist es, zusätzlich die Polarisation der elektromagnetischen Wellen der beiden zu übertragenden Bänder um 90° verschieden zu machen, z. B. für 2 GHz horizontale Polarisation und für 4 GHz vertikale Polarisation zu wählen. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Wirkfläche des ursprünglichen Spiegels ohne Rippen voll erhalten bleibt.It is advantageous to additionally polarize the electromagnetic waves of the two to be transmitted To make bands different by 90 °, e.g. B. for 2 GHz horizontal polarization and for 4 GHz to choose vertical polarization. This has the further advantage that the effective area of the original Mirror without ribs is fully preserved.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der rhombische Spiegel 1 ist nach seinen Enden zu mit von oben nach unten verlaufenden Rippen versehen, die einen gegenseitigen Abstand von X211 und eine Höhe/? von ebenfalls l2/i haben, wobei X2 dieFig. 2 shows an embodiment of the invention. The rhombic mirror 1 is provided at its ends with ribs running from top to bottom, which have a mutual spacing of X 211 and a height /? also have l 2 / i , where X 2 is the

109 747/399109 747/399

kürzere Welle bedeutet. Die Polarisationsrichtung der Welle A2 ist vertikal, während ^1 horizontal polarisiert ist. Auf diese Weise ergeben die von der ungerippten Fläche reflektierten Anteile gegenüber den von der Rippenoberkante reflektierten Anteilen einen Phasenunterschied von 180°, so daß für die kurze WeIIeX2 nur der größere Teil der nicht mit Rippen belegten Spiegelfläche wirksam ist, wogegen für die lange Welle A1 durch die gewählte Polarisationsrichtung die Rippen einfach nicht vorhanden sind. Die horizontal polarisierte lange Welle wird einfach vom Boden der Rippen reflektiert.means shorter wave. The direction of polarization of wave A 2 is vertical, while ^ 1 is polarized horizontally. In this way, the portions reflected from the unribbed surface compared to the portions reflected from the upper edge of the rib result in a phase difference of 180 °, so that only the larger part of the non-ribbed mirror surface is effective for the short wave 2, whereas for the long wave A. 1 due to the selected direction of polarization the ribs are simply not present. The horizontally polarized long wave is simply reflected off the bottom of the ribs.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Flächenstrahlers für zwei Frequenzbänder hat vor allem den Vorteil, daß praktisch keine Energie bei der langen WeIIeX1 verlorengeht. Darüber hinaus ist das Aufsetzen von Rippen auch bei vorhandenen 2-GHz-Flächenstrahlern durch einfaches Aufnieten auf die Spiegelfläche in einfacher Weise möglich.The main advantage of the inventive design of a surface radiator for two frequency bands is that practically no energy is lost in the long wave 1 . In addition, the attachment of ribs is possible in a simple manner even with existing 2 GHz surface radiators by simply riveting onto the mirror surface.

Will man jetzt für die kurze wie für die lange Welle die gleichen Nebenzipfeldämpfungen erzielen, so müssen die wirksamen Aperturformen einander ähnlich sein. Ein solches Beispiel zeigt die Fig. 3. Hier sind die Rippen so aufgesetzt, daß sowohl für die lange Welle ^1 als auch für die kurze Welle X2 die effektive Apertur eine rhombusähnliche Form behält. Man hat es also durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Flächenstrahlers, und das ist ein besonderer Vorteil der Anwendung von Rippen, leicht in der Hand, jede beliebige Aperturform für die höhere Frequenz, unabhängig von der Aperturform für die tiefere Fre- _. quenz, zu erzielen, wobei die Umrüstung eines für 2 GHz in Betrieb befindlichen Spiegels für die zusätzliche Übertragung von 4 GHz auf einfache Weise möglich ist.If one now wants to achieve the same side lobe attenuation for the short as for the long wave, the effective aperture shapes must be similar to one another. Such an example is shown in FIG. 3. Here the ribs are placed in such a way that the effective aperture retains a rhombus-like shape both for the long wave ^ 1 and for the short wave X 2. The inventive design of the surface emitter, and that is a particular advantage of using ribs, easily in the hand, any aperture shape for the higher frequency, regardless of the aperture shape for the lower frequency. quenz, whereby the conversion of a mirror in operation for 2 GHz for the additional transmission of 4 GHz is possible in a simple manner.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinander liegender Frequenzbänder, bei deni die Größe der Apertur des Flächenstrahlers so gewählt ist, daß bei der tiefsten Betriebsfrequenz bei konphaser Belegung die Breite der Hauptkeule etwa den zulässigen Minimalwert hat, während die bei den höheren Frequenzen auftretende Verschmälerung der Hauptkeule ganz oder teilweise dadurch ausgeglichen wird, daß die Phase der Aperturbelegung des Flächenstrahlers eine entsprechende Frequenzabhängigkeit aufweist, nach Patent 1100 098, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel auf seiner Oberfläche derart mit Rippen versehen ist, daß diese für die tiefste Frequenz (I1) unwirksam, während sie für die höchste Frequenz (λ2) voll wirksam sind und die Spiegelfläche verkleinern.1. Surface emitter for the emission and reception of electromagnetic waves of several widely spaced frequency bands, in which the size of the aperture of the surface emitter is chosen so that at the lowest operating frequency with konphaser occupancy, the width of the main lobe has about the minimum permissible value, while that of the Higher frequencies occurring narrowing of the main lobe is fully or partially compensated by the fact that the phase of the aperture occupancy of the surface emitter has a corresponding frequency dependence, according to patent 1100 098, characterized in that the surface of the mirror is provided with ribs in such a way that these are for the deepest Frequency (I 1 ) ineffective, while they are fully effective for the highest frequency (λ 2 ) and reduce the mirror surface. 2. Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Polarisation der elektrischen Wellen der beiden zu übertragenden Frequenzbänder um 90°, z. B. für 2 GHz horizontal und für 4 GHz vertikal, verschieden gewählt ist.2. Surface emitter according to claim 1, characterized in that in addition the polarization the electrical waves of the two frequency bands to be transmitted by 90 °, z. B. for 2 GHz horizontally and vertically for 4 GHz is chosen differently. 3. Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen einen gegenseitigen Abstand von etwa 774 und eine Höhe von ebenfalls etwa λ/4 haben, bezogen auf die kürzere Wellenlänge.3. Area radiator according to claim 1, characterized in that the ribs have a mutual Distance of about 774 and a height of also about λ / 4, based on the shorter one Wavelength. 4. Flächenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen derart aufgebracht sind, daß für beide Frequenzbänder ähnliche Aperturformen entstehen (Fig. 3).4. Area radiator according to claim 1, characterized in that the ribs are applied in this way are that similar aperture shapes arise for both frequency bands (Fig. 3). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen For this purpose, 1 sheet of drawings - 109 747/399 11.61- 109 747/399 11.61
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