10 & 24 GHz Dual-Band Feed

Zweiband-Antennen bieten einige attraktive Vorteile. Für mobile Anwendungen wird das Gesamtgewicht und das Volumen des Equipments deutlich reduziert. Zudem muss nur eine Antenne ausgerichtet werden. Das kann in einem Contest vorteilhaft sein.

Die Entwicklung eines Zweiband-Feeds ist aber eine grosse Herausforderung. Es müssen mehrere Randbedingungen optimiert werden, die sich teilweise gegenseitig negativ beeinflussen.

Erste Dualband-Erreger wurden schon vor einigen Jahrzehnten erfolgreich entwickelt und eingesetzt. Für den Design-Prozess standen damals nur einige Faustformeln und Nomogramme zur Verfügung. Wenn überhaupt, konnten nur die Reflexionsfaktoren an den beiden Ports gemessen werden.

Dual-Band 10 & 24GHz Feedhorn von DJ7FJ (Version DB6NT 05.92)

Mit Hilfe von 3D-Simulationsprogrammen wurde es möglich, Dual-Band-Feeds computerunterstützt zu optimieren.

Für eine optimale Ausleuchtung eines Parabolspiegels müssen für beide Bändern möglichst ähnliche und rotationssymmetrische Strahldiagramme realisiert werden. Zudem müssen auch die Fokuspunkte nahe zusammen liegen, damit das Dual-Band Feed optimal im Fokuspunkt eines Parabolspiegels platziert werden kann. Neben einer guten Anpassung in beiden Bändern ist auch eine gute Isolation zwischen den Ports der beiden Frequenzbänder eminent wichtig.

Mit Hilfe der 3D-Simulationssoftware CST Studio Suite ist es uns gelungen das Dualband-Feedkonzept weiter zu optimieren. Die Strahlcharakteristiken der beiden Frequenzbänder konnten einander gut angenähert werden. Auch die Strahldiagramme sind in beiden Frequenzbändern sehr rotationssymmetrisch herausgekommen.

CST Modell mit 3D-10GHz-Strahldiagramm
Berechnete 10GHz Feed Strahldiagramm-Schnitte
Berechnete 24GHz Feed Strahldiagramm-Schnitte

Wegen der Cutoff-Frequenz von 14GHz ist der WR42 Hohlleiter für das 10GHz Signal ein ziemlich guter Kurzschluss. Die 10GHz-Sonde ist hingegen für das 24GHz eine Störstelle, die zu Reflexionen führt. Zudem kann ein signifikanter Anteil des 24GHz Signals in die 10GHz-Sonde eingekoppelt werden. Ein Tiefpassfilter in der 10GHz-Auskopplung ist darum sehr wichtig. Das Filter sollte möglichst nahe bei der Sonde integriert werden. Die Filterposition spielt bei der Optimierung eine entscheidende Rolle.

Die ersten Messungen sehen vielversprechend aus.

Für welche Reflektor-Geometrie sich das Dual-Band Feed eignet ist auch eine wichtige Frage. Ein rotationssymmetrischer Parabolspiegel ist durch die Grössen Durchmesser und Fokusabstand eindeutig definiert. Berechnet man für verschieden Fokusabstände die Wirkungsgrade für beide Frequenzbänder, erhält man eine gute Übersicht, mit welcher Reflektor-Geometrie die besten Resultate erzielt werden können.

Parabolspiegel mit unterschiedlichen Fokusabständen

Die Wirkungsgrade-Berechnungen wurden mit einem 1m Reflektor mit idealer Kontur durchgeführt. In einer praktischen Anwendung werden die Wirkungsgrade durch mechanischen Formabweichungen des Reflektors und durch die Abblockung, verursacht durch das Feed, reduziert.

Zur Vereinfachung der Auswahl sind die Wirkungsgrade in Abhängigkeit vom f/D sowie in Abhängigkeit vom halben Ausleuchtwinkel dargestellt.

Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom f/D
Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom halben Ausleuchtwinkel

Da die 3dB Strahldiagramm-Winkel nicht genau gleich gross sind, muss ein Kompromiss gemacht werden. Bei einem halben Ausleuchtwinkel von 47° beziehungsweise bei einem f/D von 0.57 sind die Wirkungsgrade in beiden Frequenzbändern etwa gleich gross.

Bei der mechanische Konstruktion wurde darauf geachtet die Teile möglichst einfach zu gestalten, damit eine kostengünstige Fertigung möglich wird. Das Tiefpassfilter ist aber fertigungstechnisch eine Herausforderung.

Dualband Feed-Konzept

Eine HF-durchlässige Folie in der Hornöffnung schützt das Feed vor Spritzwasser.

Wie das nächste Bild zeigt, ist das Dual-Band Feed sehr kompakt geworden. Die beiden Fokuspunkte liegen nur 1.8mm auseinander. Ein optimaler Kompromiss für beide Fokuspunkte liegt 2mm hinter der Hornapertur.

Mechanische Dimensionen 10 & 24GHz Dual-Band Feed

Ausblick

Das 10 & 24GHz Feed haben wir in einen geeigneten Offset-Spiegel eingebaut. Eine ausführliche Beschreibung folgt in Kürze.

4 Kommentare zu „10 & 24 GHz Dual-Band Feed

  1. Congratulazioni per le cose belle lette fino adesso. Sono sicuro di leggere molte altre cose di interesse Ham Radio 73 a tutti.

  2. A riguardo del feed in questione, noto che la sua curva s11 risuona su 10368.350. Vi volevo chiedere è stata fatta una simulazione spostando la sua risonanza intorno ai 10368.200 per avere miglior RL sulla banda EME 10 Ghz? Per i 24 Ghz S11 ha interessanti valori di RL quindi non necessita di correzioni in gamma EME 24 Ghz grazie.

    1. Caro OM Gennaro
      Grazie per il vostro interesse nel nostro blog.
      Abbiamo fatto una simulazione del feed 10GHz. Non è un problema ottenere un migliore returnloss sui 10368.200 MHz con una piccola modifica meccanica.
      Vy73 Fiorello HB9DWK

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Google Foto

Du kommentierst mit Deinem Google-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s

%d Bloggern gefällt das: