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Untersuchungen zum Koppelverhalten von Aperturen mit kreuzförmigem Querschnitt in längshomogenen Rechteckhohlwellenleitern

Claßen, Jörg

Die quantitative Erfassung typischer Kopplungsgrößen von Aperturantennenelementen gewinnt hinsichtlich ihres Einflusses auf die Charakteristik der Gesamtantenne immer mehr an Bedeutung, da eine einfache lineare Überlagerung der isoliert abgestrahlten elektromagnetischen Wellen die beobachteten Phänomene nur unzureichend erfasst bzw. beschreibt. Ein häufig eingesetzter Typ aus dem Umfeld der Aperturantennen bildet die sogenannte Hohlleiterschlitzantenne, die verlustarm und mit hohen Leistungen betrieben werden kann und zudem den Vorteil besitzt, dass ihre strahlende und speisende Struktur in einer Komponente integriert vorliegt. Das Spektrum an Aperturformen, die in solchen Antennen zum Einsatz kommen, ist recht überschaubar. Eine Erweiterung dieses Spektrums ist Gegenstand dieser Arbeit, die sich dabei auf die Klasse der symmetrischen, kreuzförmigen und beliebig zueinander orientierbaren Aperturen konzentriert. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ableitung einer Methodik, die einer geometrischen Separation der Kopplungsstruktur in isolierte Komponenten entspricht, die jeweils ein eigenständiges, physikalisch sinnvolles und häufig auch einfach zu simulierendes Kopplungsproblem bilden. Zur Beschreibung der Komponenten werden ihre charakteristischen Größen auf Basis der Orthogonalreihenentwicklung angenähert, bevor sie mit Hilfe des verallgemeinerten Streuparameterprinzips zu komplexen Strukturen verschaltet werden. Diese Netzwerktopologie erlaubt die komponentenweise Verifikation an Hand von Referenzdaten aus der Literatur, Messreihen sowie Vergleichssimulationen mit kommerziellen Softwaretools.

The consideration of typical coupling quantities of single aperture elements becomes more and more important due to their influence on the radiating characteristics of waveguide antenna systems. A simple linear superposition of the isolated radiated electromagnetic waves is generally not capable of explaining the observed effects. In this work the existing variety of different aperture shapes is extended by symmetric cross-shaped apertures of arbitrary orientation that are milled in the narrow wall of a rectangular waveguide. The construction of a numerical method is described which is based on the decomposition of a coupling structure into isolated elements each representing a meaningful physical problem, that can be solved easily. Using the well known principle of orthogonal series approximation the elements characteristic quantities are described by general scattering matrices that allow the construction of the original coupling structure by means of circuit theory. Verification is ensured by comparing the results with reference data found in the literature, measurements or simulation runs of numerous software tools.

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Claßen, Jörg: Untersuchungen zum Koppelverhalten von Aperturen mit kreuzförmigem Querschnitt in längshomogenen Rechteckhohlwellenleitern. 2009.

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