DE102007007707A1

DE102007007707A1 - Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentral fokussierten Reflektorantenne

Info

Publication number: DE102007007707A1
Application number: DE102007007707A
Authority: DE
Original assignee: HAESNER KATRIN; Hassner Katrin
Current assignee: HAESNER KATRIN; Hassner Katrin
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2008-08-21
Also published as: WO2008098570A1; EP2118963B1; CN101636874A; IL200408A0; WO2008098570B1; US20100085265A1; KR20090117943A; EP2118963A1; ATE553514T1

Abstract

Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentral fokussierten Reflektorantenne (1) mit einem Hohlleiter (3) mit einem Horn (4) und einer Subreflektorbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens zwei unbeweglich angeordnete ansteuerbare Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) aufweist, die im eingeschalteten Zustand den Strahlengang zwischen Reflektor (9) und Subreflektor (10) beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentralfokussierten Reflektorantenne.
Die Anordnung dient vor allem dem Zweck, die Strahlungscharakteristik einer solchen Antenne mit Hilfe von Steuersignalen eineindeutig wiederholbar zu verändern, so dass die Erfindung auch zum Zweck der Nachführung einer Antenne geeignet ist.
Es ist bekannt, dass zur Erregung eines zentralfokussierten Reflektorantennensystems beziehungsweise zur Strahlsteuerung als Erregersystem am Hohlleiterende entweder ein Rillenhorn oder ein flachaufgeweitetes Hohlleiterstück eingesetzt wird.
Das Erregersystem wird dabei im Brennpunkt, dem Phasenzentrum, der Reflektorantenne angeordnet und soll diese optimal ausleuchten. Von besonderer Bedeutung ist dabei die weitgehend gleichmäßige Ausleuchtung des Reflektors bei gleichmäßiger Phasenbelegung.
Mit den dazu bekannten technischen Lösungen verbindet sich jedoch das Problem, dass die Funktionalitäten des Rillenerregersystems oder des flachaufgeweiteten Hohlleiters keine optimale Feldverteilung im Reflektorsystem beziehungsweise keine optimale Ausleuchtung erreichen.
Hinzu kommt, dass die bekannten Erregersysteme nicht rückwirkungsfrei mit Folgebaugruppen, zum Beispiel Down-Konvertern, kombiniert werden können. Es sind daher im Allgemeinen zusätzliche Aufwendungen zur optimalen Anpassung eines solchen bekannten Erregersystems an die Folgebaugruppe mit den damit verbundenen Kosten erforderlich.
Die damit verbundenen Probleme sollen mit der durch EP 1 384 287 B1 offenbarten technischen Lösung behoben werden.
Die EP 1 384 287 B1 beschreibt eine Anordnung zur Erregung einer zentralfokussierten Reflektorantenne mit einem Hohlleiter und einem dielektrischen Träger, wobei an dem Hohlleiter ein dielektrischer Feldtransformator und der dielektrische Träger vor dem Hohlleiter in der Nähe des dielektrischen Feldtransformators angeordnet ist, ohne mit diesem mechanisch oder elektrisch verbunden zu sein. Der dielektrische Träger weist in seiner Mitte eine kreisrunde Bohrung auf, deren Durchmesser mit dem Durchmesser des dielektrischen Feldtransformators korrespondiert. Der dielektrische Feldtransformator ragt bei dieser Anordnung teilweise in die kreisrunde Bohrung hinein. Am Ende des Hohlleiters ist eine Montageplattform für Folgebaugruppen ausgebildet.
Diese Anordnung erfüllt in vollem Umfang ihre Funktion, sofern diese Reflektorantenne für den Empfang von Satellitensignalen verwendet wird. Sie gewährleistet eine feldoptimale und breitbandige Erregung der zentralfokussierten Reflektorantenne in ihrem Brennpunkt ohne mechanisch bewegte Komponenten und ist zudem kostengünstig herstellbar. Die Anordnung erfordert jedoch einen Feldtransformator. Für das Senden von Signalen ist eine Antenne mit dieser Anordnung nicht geeignet. Hinzu kommt, dass diese Art der Erregung für doppelt fokussierte Reflektorantennen, wie Sie für das senden über Satellit erforderlich sind ungeeignet ist, unter anderem durch die wesentliche größere Bandbreite.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentral fokussierten Reflektorantenne bereitzustellen, die bei kleinerer Bauart und ohne Feldtransformator die Strahlungscharakteristik der Antenne mittels Steuersignalen wiederholbar so verändert, dass die Anordnung zur Nachführung von Antennen geeignet ist und Antennen mit dieser Anordnung zum Empfang von Sendesignalen von Satelliten und/oder der Aussendung derartiger Signale zu Satelliten einsetzbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentral fokussierten Reflektorantenne mit einem Hohlleiter, einem Horn und einer Subreflektorbaugruppe dadurch gelöst, dass die Anordnung mindestens zwei unbeweglich angeordnete ansteuerbare Strahlerelemente aufweist, die im eingeschalteten Zustand den Strahlengang zwischen Reflektor und Subreflektor beeinflussen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung verbindet sich der Vorzug, dass in einer kleinen Abmessung eine technische Lösung für Reflektorantennen, insbesondere solchen auf bewegten Plattformen bereitgestellt wird, die das Nachführen der Antenne auf einen Satelliten in hoher Genauigkeit ermöglicht und sowohl den Empfang von Signalen, wie beispielsweise den TV-Empfang, zulässt als auch das Antennendiagramm in bestimmten Grenzen so steuert, dass der parallele Betrieb von Empfang und Sendung gleichzeitig durchführbar ist. Die Strahl- oder Diagrammsteuerung ist in Echtzeit möglich. Während sie sich beim Empfang auf einen bestimmten spektralen Bereich beschränkt, wird der für das Senden maßgebliche Bereich nicht oder kaum beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist in bekannten Reflektorantennen einsetzbar. Sie ist darüber hinaus umwelttolerant gegenüber Temperatur, Feuchtigkeit und Vibrationen.
Eine vorteilhafte Ausführung der Anordnung sieht vor, dass die Strahlerelemente am Horn oder an der Subreflektorbaugruppe, vorzugsweise am Horn angeordnet sind.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen weist die Anordnung vier Strahlerelemente auf, die die konzentrisch am Horn angeordnet sind, wobei die Strahlerelemente solche Elemente sind, die geeignet sind, eine Wechselbeziehung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld zu erzeugen und vorzugsweise Dipole, Monopole oder aktive Bauelemente, wie Tunneldioden, sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Strahlerelemente auf einem dielektrischen Träger angeordnet sind und dass sie eine Resonanzfrequenz aufweisen, die innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches der Reflektorantenne liegt und dass die Strahlerelemente sequentiell, einzeln oder gruppiert ansteuerbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Strahlerelemente in einem Frequenzbereich, der verschieden ist von dem Nutzfrequenzbereich der Reflektorantenne.
Schließlich sieht eine weitere Ausführungsform der Anordnung vor, dass die Strahlerelemente Steuerleitungen aufweisen, die magnetisch und elektrisch abgeschirmt und gegen mechanische Einflüsse geschützt sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlerelemente in ihrer Achse auf einem Anordnungskreuz, bezogen auf das Zentrum des Horns, um 45 Grad zur Achse des Polarisationskreuzes angeordnet.
Die Strahlerelemente sind nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in sich durch ein ansteuerbares aktives oder passives Steuerelement, vorzugsweise mittels einer Schaltdiode, verbunden.
Im Folgenden soll die Erfindung und deren Wirkungsweise an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
1 Prinzipdarstellung einer doppelt und zentral fokussierten Reflektorantenne
2 Prinzipdarstellung der Anordnung der Elemente am Horn
3 Prinzipdarstellung eines Strahlerelementes mit Steuerleitungen auf einem dielektrischen Träger
4 Prinzipdarstellung der Vorderansicht des erregenden Hornes mit Strahlerelementen (Betrachter befindet sich an der Stelle des Subreflektors) mit zugehöriger Ansicht des Polarisationskreuzes
5 Gleiche Darstellung und Ansicht wie 4 jedoch unter Einbeziehung des Polarisationskreuzes im Hornmittelpunkt
6 Gleiche Darstellung wie 4 und 5 jedoch unter Darstellung des Anordnungskreuzes für Strahlerelemente und Stützenelemente
7 Konstruktiver Schnitt durch einen Teil der Reflektorantennen-Anordnung
8 Konstruktive Darstellung durch einen Teil der Anordnung, ausgeführt als Explosionszeichnung
Die 1 soll den grundsätzlichen Aufbau einer Reflektorantenne verdeutlichen. Es ist insgesamt eine zweifach fokussierte, zentral erregte Reflektorantenne (1) dargestellt. Dabei wurden die Komponenten schematisch abgebildet. Die Antenne besteht aus einem Reflektor (8) der mit Hilfe eines Horns (4) und eines Subreflektors (2) erregt wird. Das Horn (4) wird über einen Hohlleiter (3) gespeist. Am Ende des Hohlleiters (3) befindet sich eine Befestigungsmöglichkeit (22) für Folgebaugruppen.
2 zeigt eine schematisierte Seitenansicht des aus 1 stammenden Hohlleiters (3) mit dem Horn (4). Es soll verdeutlicht werden, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) auf dielektrischen Trägern (12; 13; 14; 15) seitlich am Horn (4) angeordnet sind und gering über den Rand des Horns (4) hinausragen. Das hier dargestellte Strahlerelemente (5) befindet sich am Ende des dielektrischen Trägers (11) und ragt über die Hornöffnung hinaus.
In 3 ist das Prinzip der Anordnung der Strahlerelemente (5) auf dem dielektrischen Träger (11) skizziert. Dabei sind die Strahlerelemente (5) beispielhaft als Dipol ausgeführt und mittels eines Schaltbauelementes ansteuerbar verbunden. Dabei soll die Steuerleitung (25) schematisch dargestellt sein, die ihrerseits mit dem aktiven oder passiven Steuerelement (26) verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel werden diese Steuerleitungen (25) vom dielektrischen Träger (12) hin zu Folgebaugruppen durch Führung in einem dünnen Metallrohr (20), das elektrische und magnetische Schirmeigenschaften aufweist, verbunden. Dabei ist das Metallrohr (20) gleichzeitig fest mit dem dielektrischen Träger (11) verbunden und zwar and der dem Strahlerelement (5) abgewandten Seite. Dadurch werden mehrere Funktionen gleichzeitig realisiert, die Schirmung der Steuerleitungen (25) in Richtung von Folgebaugruppen, die mechanische Fixierung der Steuerleitungen (25), die mechanische Fixierung des dielektrischen Trägers (12) und außerdem ist die Möglichkeit der Fixierung am Horn (4) gegeben.
4 zeigt die beispielgemäße Anordnung des Polarisationskreuzes (23) für lineare Polarisation bezogen auf die Anordnung der Strahlerelemente (5; 6; 7, 8). Dabei ist es nicht von Bedeutung, wie die Achsen der horizontalen und vertikalen Polarisation zugeordnet sind. Es wird davon ausgegangen, dass die Achsen jeweils orthogonal aufeinander stehen.
In 5 werden das Polarisationskreuz in die Mittelachse des Horns (4) projiziert. Der besseren Darstellbarkeit wegen, wird das Anordnungskreuz der Strahler- und Stützelemente (24) nicht in 5 sondern separat in 6 dargestellt. Aus 5 und 6 wird deutlich, dass beide Kreuze in ihrem Winkel bezogen auf die Mittelachse des Horns (4) um 45 Grad verdreht angeordnet sind. Auf der in 6 dargestellten Ebene befinden sich auch alle erforderlichen Stützenelemente (18), wie aus 8 deutlich werden soll.
In 7 ist ein Ausschnitt einer beispielhaften Konstruktion der Antenne (1) wiedergegeben. Am Reflektor (9) sind sowohl die Stützenelemente (18), im Beispiel 4 Stück, als auch die gesamte Hohlleiterkonstruktion zur Erregung des Subreflektors (10) befestigt, bestehend aus einem Hohlleiter (3), einem Metallzylinder (21) welcher auf dem Hohlleiter (3) befestigt ist und in dem das erregende Horn (4) eingebracht ist. Die Befestigungsringe (19) sind wiederum auf dem Hohlleiter (3) und dem Zylinder (21) angebracht und nehmen ihrerseits das dünne Metallrohr (20) auf, in welchem die Steuerleitungen verlaufen. Der Hohlleiter (3) und die mit Ihm verbundenen Elemente werden durch ein Metallrohr (16) geschützt, welches ebenfalls an den Befestigungsringen (19) fixiert wird. Die Schnittdarstellung zeigt ebenfalls, wie der Subreflektor (10) mit seiner Halterungsmöglichkeit (11), zusammen mit den Stützenelementen (18) mit der Mulitfunktionshalterung (17) formschlüssig verbunden ist.
8 zeigt mittels einer Explosionszeichnung die erfindungsgemäße Anordnung innerhalb der Reflektorantenne (1). Es wird insbesondere deutlich, wie die dielektrischen Träger (12; 13; 14; 15) den darauf aufgebrachten Strahlerelementen (5; 6; 7; 8) mit den dünnen Metallrohren (20) und diese wiederum mit den Befestigungsringen (19) verbunden sind und die Ringe auf dem Metallzylinder (21) und dem Hohlleiter (3) befestigt sind. Die Anordnung wird durch ein Metallrohr (16) geschützt. Am Ende des Hohlleiters (3) ist eine Anschlussmöglichkeit (22) für Folgebaugruppen vorgesehen. Weiterhin werden die Stützenelemente (18) und die Multifunktionshalterung (17) und der Subreflektor (10) dargestellt.

1: Reflektorantenne
2: Subreflektor mit Befestigungsmöglichkeit
3: Hohlleiter
4: Horn
5: Strahlerelement
6: Strahlerelement
7: Strahlerelement
8: Strahlerelement
9: Reflektor
10: Subreflektor
11: Halterung des Subreflektors
12: dielektrischer Träger
13: dielektrischer Träger
14: dielektrischer Träger
15: dielektrischer Träger
16: Metallrohr
17: Multifunktionshalterung
18: Stützenelement
19: Befestigungsring
20: Dünnes Metallrohr
21: Metallzylinder
22: Anschlussmöglichkeit für Folgebaugruppen (HL Flansch)
23: Polarisationskreuz für lineare Polarisation
24: Anordnungskreuz für Strahlerelemente und Stützenelemente
25: Steuerleitungen
26: Passives oder aktives Steuerelement
27: Befestigung des dielektrischen Trägers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1384287 B1 [0007, 0008]

Claims

Anordnung zur Beeinflussung der Strahlungscharakteristik einer Reflektorantenne, insbesondere einer zentral fokussierten Reflektorantenne (1) mit einem Hohlleiter (3) mit einem Horn (4) und einer Subreflektorbaugruppe (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mindestens zwei unbeweglich angeordnete ansteuerbare Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) aufweist, die im eingeschalteten Zustand den Strahlengang zwischen Reflektor (9) und Subreflektor (10) beeinflussen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; (8) am Horn (4) oder an der Subreflektorbaugruppe (10), vorzugsweise am Horn (10) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung vier Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) aufweist, die konzentrisch am Horn (4) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) solche Elemente sind, die geeignet sind, eine Wechselbeziehung mit einem elektromagnetischen Wechselfeld zu erzeugen und vorzugsweise Dipole, Monopole oder aktive Bauelemente, wie Tunneldioden, sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) auf einem dielektrischen Träger (12; 13; 14: 15) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) eine Resonanzfrequenz aufweisen, die innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches der Reflektorantenne (1) liegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) sequentiell, einzeln oder gruppiert ansteuerbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) in einem Frequenzbereich erfolgt, der verschieden ist von dem Nutzfrequenzbereich der Reflektorantenne (1).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7; 8) Steuerleitungen (25) aufweisen, die magnetisch und elektrisch abgeschirmt und gegen mechanische Einflüsse geschützt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5; 6; 7, 8) in ihrer Achse auf einem Anordnungskreuz (24), bezogen auf das Zentrum des Horns, um 45 Grad zur Achse des Polarisationskreuzes (23) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerelemente (5) in sich durch ein ansteuerbares aktives oder passives Steuerelement (26) verbunden sind, vorzugsweise mittels einer Schaltdiode.