Eine Hohlleiterantenne koppelt geführte elektromagnetische Felder über eine Öffnung oder Schlitze in den freien Raum. Anders als eine reine Übertragungsleitung wird festgelegt, wohin und mit welcher Polarisation die Energie abgestrahlt wird. Beispiele sind offene Hohlleiter, Hörner und Schlitzarrays.
Leitung und Antenne unterscheiden
Ein Hohlleiter transportiert RF-Energie zwischen Bauteilen. Ein geschlossener gerader Abschnitt dient normalerweise nicht dazu, gezielt nach außen zu strahlen. Eine offene Stirnfläche, ein Trichter oder entworfene Schlitze können die Strahlungsfunktion herstellen.
Es gibt keine allgemeine Regel, nach der Hohlleiter über 1 GHz immer besser als Koaxialkabel wären oder alle Hohlleiterantennen mehr als 20 dBi hätten. Abmessungen, Moden, Material, Speisung und Öffnung bestimmen den Einsatz.
Die Mode bestimmt das Feld an der Öffnung
Im luftgefüllten Rechteck mit a > b ist normalerweise TE10 dominant. Bei Ausbreitung entlang z bedeutet TE Ez = 0. Die Randbedingungen legen die Feldverteilung im Querschnitt fest.
Für TE10 gilt fc = c/(2a). Bei WR-90 mit a = 22,86 mm ergibt sich etwa 6,56 GHz; der übliche Arbeitsbereich ist 8,2–12,4 GHz. Grenzfrequenz und untere Grenze des empfohlenen Bandes sind nicht identisch.
An einem abrupt offenen Ende wird ein Teil der Energie abgestrahlt und ein Teil reflektiert. Die Gestaltung der Öffnung und Speisung muss diese Anpassung berücksichtigen.
Drei typische Bauformen
| Bauform | Abstrahlung | Wichtige Größen |
|---|---|---|
| Offenes Hohlleiterende | Über die Stirnfläche. | Öffnungsfeld, Reflexion und Polarisation. |
| Horn | Übergang zur größeren Öffnung. | Abmessungen, Phasenfehler und Diagramm. |
| Schlitzarray | Über mehrere gekoppelte Schlitze. | Positionen, Phasen, Kopplung und Band. |
Warum das Horn mehr als ein breites Rohr ist
Die Aufweitung verändert den Übergang zur Strahlung. Eine größere wirksame Öffnung kann die Richtwirkung steigern, doch Länge und Öffnungswinkel beeinflussen die Phase über der Apertur.
Ein zu kurzes Horn kann die geometrische Fläche deshalb nicht so nutzen wie erwartet. Für einen Reflektorfeed sind zudem Beleuchtung, Spillover und Phasenzentrum relevant.
Wie Schlitze gekoppelt werden
Länge, Orientierung, Versatz und Kopplung an das Hohlleiterfeld bestimmen die Abstrahlung. Anzahl allein sagt wenig über das Diagramm. Gegenseitige Kopplung und Abschluss des Leiters gehören zum Entwurf.
Die geführte Wellenlänge ist im üblichen Luftmodell oberhalb der Grenze größer als die Freiraumwellenlänge. Man kann daher nicht jeden Schlitzabstand ausschließlich als halbe Freiraumwellenlänge festlegen.
Gewinn und Abdeckung
Eine nützliche Öffnungsnäherung lautet G ≈ 4πηA/λ². Bei 10 GHz, A = 0,10 × 0,08 m² und η = 0,60 ergibt sich ungefähr 18,3 dBi. Das ist ein bedingtes Rechenbeispiel, keine Produktspezifikation.
Bewerten Sie zusätzlich Hauptstrahl, Nebenkeulen, Kreuzpolarisation und Änderungen über Frequenz. Der schmalste Strahl ist nicht für jede Abdeckungsaufgabe die beste Wahl.
Anschluss und Messung
- Größe, Band und Moden aller Bauteile vergleichen.
- Verluste und Band eines Koaxialübergangs einschließen.
- Flansche, Positionierung und Dichtung nach Zeichnung montieren.
- Reflexion mit geeigneter VNA-Kalibrierung prüfen.
- Gewinn und Diagramm separat messen.
- Leistungsgrenzen mit CW-, Spitzen-, Temperatur- und Druckbedingungen bewerten.
Ein gutes S11 beweist noch keine effiziente Strahlung in der gewünschten Richtung. Das endgültige Radom, Metall in der Umgebung und die Halterung zählen ebenfalls.
Die Hohlleitergleichungen und die effektive Öffnung erläutern die Grundlagen. Dolph Microwave Hohlleiterkomponenten sind anhand dieser gesamten Anforderungen auszuwählen.
