DE102014102299B4 - reflector antenna - Google Patents

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    • 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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor (101) zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene (105) des Reflektors (101), und ein in der Fokalebene (105) angeordnetes Antennenarray (103) mit einer Mehrzahl von Antennenelementen (102). Die vorgeschlagene Reflektorantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuermittel (104) vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und mittels dem in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden.The invention relates to a reflector antenna for receiving and emitting radiation, comprising a reflector (101) for focusing the radiation onto a focal plane (105) of the reflector (101), and an antenna array (103) arranged in the focal plane (105) with a plurality of antenna elements (102). The proposed reflector antenna is characterized in that a control means (104) is present, by means of which in a first mode all antenna elements (102) or at least some of the antenna elements (102) are short-circuited at their respective antenna output and by means of the in a second mode all Antenna elements (102) or at least some of the antenna elements (102) are connected in pairs to the signal line.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen. Die Erfindung findet Anwendung im Bereich der Nachrichtentechnik, insbesondere zur Kommunikation zwischen mobilen Sende-/Empfangseinheiten über eine Satellitenverbindung; so dass für die Kommunikation keine Bodeninfrastruktur erforderlich ist. Die mobilen Sende-/Empfangseinheiten können dabei in Flugzeugen, Schiffen, Fahrzeugen angeordnet sein. The invention relates to a reflector antenna for receiving and emitting radiation, comprising a reflector for focusing the radiation onto a focal plane of the reflector, and an antenna array arranged in the focal plane with a plurality of antenna elements. The invention has application in the field of telecommunications, in particular for communication between mobile transceiver units via a satellite link; so that no ground infrastructure is required for communication. The mobile transceiver units can be arranged in aircraft, ships, vehicles.

Es ist bekannt, dass für verschiedene Anwendungen in der Satellitenkommunikation sogenannte „transparent arbeitende Transponder“ eingesetzt werden. Transparent arbeitende Transponder empfangen Daten und strahlen sie unmittelbar und typischerweise in einer anderen Frequenz wieder ab. Sie dienen insbesondere dazu, Daten oder Signale zwischen ortsfesten und/oder mobilen Sende-/Empfangseinheiten über einen Satelliten zu übertragen oder Daten oder Signale, die von einer Bodenstation an den Satelliten übertragen werden, von dort in ein bestimmtes Gebiet auf der Erde abzustrahlen. Der Vorteil solcher Transponder besteht darin, dass keine zusätzliche Bodeninfrastruktur erforderlich ist und die Sende-/Empfangseinheiten miteinander kommunizieren können, auch wenn sie durch terrestrische Hindernisse voneinander getrennt sind. It is known that so-called "transparent transponders" are used for various applications in satellite communications. Transparent transponders receive data and emit it directly and typically at a different frequency. They serve, in particular, to transmit data or signals between fixed and / or mobile transceiver units via a satellite or to emit data or signals transmitted by a ground station to the satellite, from there to a specific area on the earth. The advantage of such transponders is that no additional ground infrastructure is required and the transceivers can communicate with each other even though they are separated by terrestrial obstacles.

In solchen transparenten Transpondern werden häufig sogenannte „retrodirektive Antennen“ verwendet. Diese besitzen die Eigenschaft, eine aus einer Einfallsrichtung einfallende Strahlung automatisch wieder genau zurück in die Einfallsrichtung (bzw. entgegengesetzt zur Einfallsrichtung) oder in einer relativ zur Einfallsrichtung vorgegebenen Abstrahlrichtung abzustrahlen. Die Größe des von der Antenne ausgeleuchteten Gebietes wird dabei durch die Direktivität der retodirektiven Antenne bestimmt. Aufgrund ihrer retrodirektiven Eigenschaft können mobile Sende-/Empfangseinheiten unabhängig voneinander automatisch verfolgt werden, ohne dass ihre Richtung in Bezug auf den Satelliten geschätzt werden muss. Bei ausreichender Leistung des Senders und einer entsprechenden Auslegung des Link-Budgets ist zudem keine zusätzliche Energiezufuhr zur Antenne erforderlich. In such transparent transponders, so-called "retrodirective antennas" are often used. These have the property of automatically emitting a radiation incident from an incident direction back exactly in the direction of incidence (or opposite to the direction of incidence) or in a direction of radiation predetermined relative to the direction of incidence. The size of the area illuminated by the antenna is determined by the directivity of the retodirective antenna. Because of their retrodirective nature, mobile transceivers can be automatically tracked independently of each other without having to estimate their direction with respect to the satellite. With sufficient power of the transmitter and a corresponding interpretation of the link budget, no additional power to the antenna is required.

Bei der einfachsten Ausführung einer rein passiven retrodirektiven Antenne, wie sie bspw. in US 2,908,002 A offenbart ist, werden die als Array angeordneten Elemente jeweils paarweise mit Leitungen gleicher Länge verbunden. Die Wiederabstrahlung erfolgt in diesem Fall ohne Verzögerung, und im Satelliten muss keine zusätzliche Energie aufgewendet werden. In the simplest embodiment of a purely passive retrodirective antenna, such as in US 2,908,002 A is disclosed, the arranged as an array elements are each connected in pairs with lines of equal length. The re-radiation takes place in this case without delay, and in the satellite no additional energy must be spent.

Es gibt auch Varianten retrodirektiver Antennen mit aktiven Elementen, bei denen teilweise eine Signalverarbeitung verwendet wird und die sich somit dem Prinzip der klassischen digitalen Strahlformung annähern. So ist aus der DE 10 2008 057 088 A1 eine Reflektorantenne bekannt, welche eine Datenübertragung über große Distanzen mit einer elektronischen Strahlschwenkung kombiniert. Die hierzu offenbarte Reflektorantenne umfasst eine Reflektoranordnung zur Fokussierung von Antennenstrahlung in einer Fokalebene sowie ein in der Fokalebene oder in der Umgebung der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene“ wird eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene verstanden, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des Antennenarrays in der Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. Um eine Strahlschwenkung in einem größeren Winkelbereich zu ermöglichen, umfasst die Reflektorantenne eine Steuereinrichtung mit einem Strahlformungsmittel, wobei durch die Steuereinrichtung Teilarrays umfassend ein oder mehrere Antennenelemente des Antennenarrays zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung aktivierbar und deaktivierbar sind und wobei im Betrieb der Reflektorantenne für ein jeweiliges aktiviertes Teilarray durch das Strahlformungsmittel eine Strahlungskeule zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung geformt wird. Der Begriff „Strahlungskeule“ bezeichnet dabei den für das Teilarray geformten räumlichen Bereich, in dem Antennenstrahlung durch die Reflektorantenne ausgesendet bzw. empfangen wird. There are also variants of retrodirective antennas with active elements, in which some signal processing is used and thus approach the principle of classical digital beamforming. So is out of the DE 10 2008 057 088 A1 a reflector antenna is known which combines a data transmission over long distances with an electronic beam swing. The reflector antenna disclosed for this purpose comprises a reflector arrangement for focusing antenna radiation in a focal plane and an antenna array arranged in the focal plane or in the vicinity of the focal plane with a plurality of antenna elements. The term "environment of the focal plane" is understood to mean an arrangement of the antenna array at a distance from the focal plane which deviates by at most 10% from the corresponding focal plane focal length. It should thereby tolerances are taken into account and the fact that, within certain limits, an arrangement of the antenna array offset from the focal plane allows a meaningful power supply of the reflector antenna. In the arrangement of the antenna array in the vicinity of the focal plane, the antenna array is preferably arranged in a plane extending parallel to the focal plane. As the antenna array, a planar antenna array is preferably used. In order to enable a beam pivoting in a larger angular range, the reflector antenna comprises a control device with a beam shaping means, which can be activated and deactivated by the control device subarray comprising one or more antenna elements of the antenna array for receiving and / or transmitting antenna radiation and wherein in operation of the reflector antenna for a respective activated sub-array is formed by the beam-shaping means a radiation lobe for receiving and / or emitting antenna radiation. The term "radiation lobe" designates the spatial region formed for the subarray, in which antenna radiation is emitted or received by the reflector antenna.

Zu dieser Thematik sei weiterhin auf folgende Artikel verwiesen:

  • • Greda, L.A: “Demonstrator Concept for a Satellite Multiple-Beam Antenna for High-Rate Data Relays” in Advanced Satellite Multimedia Systems Conference (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop (SPSC), 2012, S. 96–100,
  • • C. Y. Pon: „Retrodirective array using the heterodyne technique" in IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. 12, pp. 176–180, March 1964,
  • • R. Y. Miyamoto und T. Itoh: "Retrodirective arrays for wireless communications" in IEEE Microwave Magazine, vol. 3, no. 1, pp. 71–79, March 2002, oder
  • • C. Loadman, and Z. Chen: "A retrodirective array using direct down-conversion and fixed point DSP for duplex digital communications" in IEEE Radio and Wireless Symp. Oig., San Diego, CA, Jan. 2006, pp. 335–338.
For this topic, please refer to the following articles:
  • • Greda, LA: "Demonstrator Concept for a Satellite Multiple-Beam Antenna for High-Rate Data Relays" in Advanced Satellite Multimedia Systems Conference (ASMS) and 12th Signal Processing for Space Communications Workshop (SPSC), 2012, pp. 96-100 .
  • • CY Pon: "Retrodirective array using the heterodyne technique" in IEEE Trans. Antennas Propagat, Vol. 12, pp. 176-180, March 1964,
  • • RY Miyamoto and T. Itoh: "Retrodirective arrays for wireless communications" in IEEE Microwave Magazine, vol. 3, no. 1, pp. 71-79, March 2002, or
  • • C. Loadman, and Z. Chen: "A retrodirective array using direct down-conversion and fixed point DSP for duplex digital communications" in IEEE Radio and Wireless Symp. Oig., San Diego, CA, Jan. 2006, pp. 335-338.

Die Bündelung des Strahls und damit der Gewinn einer Arrayantenne ergeben sich aus der Anzahl der Elemente und ihrem Abstand voneinander. Zur Überbrückung großer Entfernungen wie beispielsweise von einem geostationären Satelliten zur Erde ist daher ein Array aus zahlreichen Antennenelementen erforderlich. Darüber hinaus ist für den Empfang des Signals der relativ niedrige Gewinn des einzelnen Antennenelements in der jeweiligen Einfallsrichtung von Bedeutung. Für einen ausreichenden Signal-Rauschabstand müssen daher auf der Senderseite hohe Sendeleistungen oder hochbündelnde Sendeantennen mit einer entsprechend großen Apertur eingesetzt werden. Beides steht bei mobilen Sende-/Empfangseinheiten in der Regel nicht zur Verfügung. The bundling of the beam and thus the gain of an array antenna result from the number of elements and their distance from each other. To bridge long distances, such as from a geostationary satellite to earth, therefore, an array of numerous antenna elements is required. Moreover, for the reception of the signal, the relatively low gain of the individual antenna element in the respective direction of incidence is of importance. For a sufficient signal-to-noise ratio, therefore, high transmission powers or high-frequency transmission antennas with a correspondingly large aperture must be used on the transmitter side. Both are usually not available for mobile transceiver units.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Lösung für eine Reflektorantenne anzugeben, die eine hohe Flexibilität aufweist, was die Konfiguration der Antenne hinsichtlich der Richtung der von der Reflektorantenne ausgehenden Strahlung angeht. Weiterhin soll es die Reflektorantenne auf einfache Weise ermöglichen, hohe Datenraten von einem mobilen Nutzer (Sende-/Empfangseinheit) auf andere Nutzer zu übertragen. The object of the invention is to provide a simple and inexpensive solution for a reflector antenna, which has a high flexibility in terms of the configuration of the antenna with respect to the direction of the emanating from the reflector antenna radiation. Furthermore, the reflector antenna should make it possible in a simple way to transmit high data rates from a mobile user (transmitting / receiving unit) to other users.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.

Die Aufgabe ist mit einer Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung beziehungsweise Signalen gelöst, wobei die Reflektorantenne einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen umfasst. Die vorgeschlagene Reflektorantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuermittel vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden, und mittels dem in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden. The object is achieved with a reflector antenna for receiving and emitting radiation or signals, wherein the reflector antenna comprises a reflector for focusing the radiation onto a focal plane of the reflector, and an antenna array arranged in the focal plane with a plurality of antenna elements. The proposed reflector antenna is characterized in that a control means is present, by means of which in a first operating mode all antenna elements or at least some of the antenna elements are short-circuited at their respective antenna output, and by means of the in a second operating mode all antenna elements or at least some of the antenna elements for signal transmission be paired together.

Das Steuermittel weist hierzu vorteilhaft einen entsprechend geeigneten Schalter auf. Das Schalten zwischen den beiden Betriebsmodi ermöglicht eine je nach Anforderung optimale (Re-)Konfiguration der Reflektorantenne. In jedem der beiden Betriebsmodi kann darüber hinaus die Reflektorantenne je nach Anforderungen ebenfalls optimiert eingestellt werden. So können im ersten Betriebsmodus je nach Anforderung diejenigen Antennenelemente ausgewählt werden, die an ihrem Ausgang kurzgeschlossen werden. Im zweiten Betriebsmodus können je nach Anforderung die Antennenelemente ausgewählt werden, die paarweise miteinander verbunden werden. For this purpose, the control means advantageously has a correspondingly suitable switch. The switching between the two modes of operation allows an optimal (re-) configuration of the reflector antenna depending on the requirements. In addition, the reflector antenna can also be optimally adjusted in each of the two operating modes. Thus, in the first operating mode, depending on the requirement, those antenna elements can be selected which are short-circuited at their output. In the second operating mode, the antenna elements can be selected as required, which are connected in pairs.

Der Reflektor dient der Fokussierung von Antennenstrahlung in der Fokalebene. Das Antennenarray ist in der Fokalebene bzw. in einer Umgebung der Fokalebene angeordnet. Der Begriff der „Fokalebene“ umfasst vorliegend ebenfalls die vorstehend genannte Umgebung der Fokalebene. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene“; ist eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene zu verstehen, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des Antennenarrays in der Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. The reflector serves to focus antenna radiation in the focal plane. The antenna array is arranged in the focal plane or in an environment of the focal plane. The term "focal plane" herein also includes the aforementioned environment of the focal plane. By the term "environment of the focal plane"; is an arrangement of the antenna array to be understood with a distance to the focal plane, which deviates by more than 10% from the corresponding focal length of the focal plane. It should thereby tolerances are taken into account and the fact that, within certain limits, an arrangement of the antenna array offset from the focal plane allows a meaningful power supply of the reflector antenna. In the arrangement of the antenna array in the vicinity of the focal plane, the antenna array is preferably arranged in a plane extending parallel to the focal plane. As the antenna array, a planar antenna array is preferably used.

Die einzelnen Antennenelemente sind vorteilhaft derart ausgelegt, dass sie die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abstrahlen. Dies lässt sich vorliegend insbesondere durch den Kurzschluss am Ausgang der einzelnen Antennenelemente erreichen. Je nach Einfallsrichtung kann die einfallende Strahlung über den Reflektor auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und wieder in die gleiche Richtung zurück gesendet werden. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Strahlung wirksam ist. The individual antenna elements are advantageously designed such that they completely radiate the received power with the lowest possible losses at low coupling again. This can be achieved in this case in particular by the short circuit at the output of the individual antenna elements. Depending on the direction of incidence, the incident radiation can be focused on a specific antenna element via the reflector and sent back in the same direction. The advantage over the retrodirective arrays used so far is, above all, that the high gain of the reflector is effective both in the reception and in the re-radiation of the radiation.

Durch eine vorteilhaft dichte Anordnung der Antennenelemente oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente lässt sich eine mobile Sende-/Empfangseinheit nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente im zweiten Betriebsmodus paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Über das erfindungsgemäße Steuermittel, bspw. mit einem geeigneten Schalter, der die Elemente wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große Flexibilität in Bezug auf das von der Reflektorantenne bestrahlbare Sendegebiet bzw. der Strahlformung der ausgehenden Strahlung erzielen. By means of an advantageously dense arrangement of the antenna elements or the formation of overlapping subgroups of the antenna elements, a mobile transceiver unit can be tracked almost completely. If the antenna elements are connected in pairs in the second operating mode, then it is also possible to emit in a direction other than the direction of incidence. About the Control means according to the invention, for example with a suitable switch, which selectively connects the elements together or short-circuits at its output, the antenna can be reconfigured. This makes it possible to achieve great flexibility with respect to the transmission area that can be irradiated by the reflector antenna or the beam formation of the outgoing radiation.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel derart eingerichtet und ausgeführt, dass nur solche Antennenelemente paarweise miteinander verbunden werden, die achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Reflektors angeordnet sind. According to a development of the reflector antenna, the control means is set up and designed such that only such antenna elements are connected in pairs, which are arranged axisymmetric to an axis of symmetry of the reflector.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne sind die paarweise miteinander verbundenen Antennenelemente jeweils mit Verbindungselementen identischer Länge verbunden. According to a refinement of the reflector antenna, the antenna elements connected in pairs are each connected to connecting elements of identical length.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel zur gezielten Auswahl von Antennenelementen, die paarweise verbunden werden, eingerichtet, wobei die Auswahl der paarweise zu verbindenden Antennenelemente abhängig ist von einer vorgegebenen oder ermittelten Relativposition eines oder mehrer Sender zur Reflektorantenne, deren Strahlung von der Reflektorantenne empfangen wird, und von einem vorgegebenen Empfangsbereich für die von der Reflektorantenne ausgesandte Strahlung. Vorzugsweise greift das Steuermittel hierzu auf eine Datenbank zurück, in der die vorgegebenen oder ermittelten Relativpositionen der Sender sowie der vorgegebene Empfangsbereich bereitgestellt werden. According to a development of the reflector antenna, the control means for the selective selection of antenna elements, which are connected in pairs, set up, wherein the selection of antenna elements to be paired depends on a predetermined or determined relative position of one or more transmitters to the reflector antenna whose radiation is received by the reflector antenna and from a given reception range for the radiation emitted by the reflector antenna. For this purpose, the control means preferably uses a database in which the predetermined or determined relative positions of the transmitters and the predetermined reception range are provided.

Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne weist der Reflektor eine Cassegrain Speisung auf. Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist die Reflektorantenne eine Frontspeisung auf. According to a refinement of the reflector antenna, the reflector has a Cassegrain feed. According to an alternative development, the reflector antenna has a front feed.

Vorteilhaft sind die Antennenelemente derart ausgeführt, dass sie bei einer oder bei mehreren Frequenzen in Resonanz betreibbar sind. Weiterhin vorteilhaft ist die paarweise Verbindung der Antennenelemente jeweils reflexionsfrei ausgeführt. Advantageously, the antenna elements are designed such that they can be operated in resonance at one or more frequencies. Further advantageously, the pairwise connection of the antenna elements is carried out in each case without reflection.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Satelliten, ein Raumfahrzeug, oder ein Luftfahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Reflektorantenne. The invention further relates to a satellite, a spacecraft, or an aircraft with a reflector antenna described above.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen: Show it:

1a, b einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne (1a) und eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne (1b), 1a , b is a cross section through a schematic reflector antenna according to the invention ( 1a ) and a plan view of this schematized inventive reflector antenna ( 1b )

2 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus, 2 schematic representation to illustrate the operation of a reflector antenna according to the invention in the first operating mode,

3 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus, und 3 schematic representation to illustrate the operation of a reflector antenna according to the invention in the second mode of operation, and

4a, b schematische Darstellung einer Cassegrain- (4a) und einer Offsetspeisung (4b) des Reflektors. 4a , b is a schematic representation of a cassegrain ( 4a ) and an offset feed ( 4b ) of the reflector.

1a zeigt einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor 101 zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene 105 des Reflektors 101, und ein in der Fokalebene 105 angeordnetes Antennenarray 103 mit einer Mehrzahl von Antennenelementen 102. Die Fokalebene 105 enthält den Fokuspunkt F. Erfindungsgemäß umfasst die Reflektorantenne ein Steuermittel 104, welches mit den einzelnen Antennenelementen 102 des Antennenarrays 103 verbunden ist. Die Anordnung der Steuermittels 104 sowie der Verbindungen zu den einzelnen Antennenelementen 102 dient lediglich der Erläuterung und entspricht nicht einer realen Anordnung. Das Steuermittel 104 ist derart ausgeführt und eingerichtet, dass in einem ersten Betriebsmodus des Steuermittels 104 alle Antennenelemente 102 an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente 102 zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden sind. Die Betriebsmodi können bedarfsweise umgeschaltet werden. Die Antennenelemente 102 werden bevorzugt in Resonanz betrieben. Insbesondere durch das Kurzschließen Ausgänge der Antennenelemente 102 kann die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abgestrahlt werden. 1a shows a cross section through a schematic reflector antenna according to the invention for receiving and emitting radiation, comprising a reflector 101 for focusing the radiation onto a focal plane 105 of the reflector 101 , and one in the focal plane 105 arranged antenna array 103 with a plurality of antenna elements 102 , The focal plane 105 contains the focal point F. According to the reflector antenna comprises a control means 104 , which with the individual antenna elements 102 of the antenna array 103 connected is. The arrangement of the control means 104 and the connections to the individual antenna elements 102 is merely illustrative and does not correspond to a real arrangement. The control means 104 is designed and arranged such that in a first operating mode of the control means 104 all antenna elements 102 short-circuited at their respective antenna output and in a second operating mode all antenna elements 102 are connected in pairs to the signal line. The operating modes can be switched as needed. The antenna elements 102 are preferably operated in resonance. In particular, by shorting outputs of the antenna elements 102 the received power can be completely radiated again with the lowest possible losses at low coupling.

1b zeigt eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne mit dem aus mehreren Antennenelementen 102 bestehenden Antennenarray 103. Je nach Einfallsrichtung der Strahlung wird die Strahlung über den Reflektor 101 auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und in einer Ausführungsform wieder in die Einfallsrichtung zurück (d.h. die entgegen gesetzte Richtung zur Einfallsrichtung) gesendet. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Welle wirksam ist. Durch entsprechend dichte Anordnung der Antennenelemente 102 oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente 102 lässt sich ein mobiler Sender nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente 102 paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Durch das Steuermittel 104, das die Antennenelemente 102 wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große Flexibilität in Bezug auf das Sendegebiet erzielen. 1b shows a plan view of this schematic reflector antenna according to the invention with the multi-antenna elements 102 existing antenna array 103 , Depending on the direction of incidence of the radiation, the radiation is transmitted via the reflector 101 Focused on a particular antenna element and in one embodiment back in the direction of incidence (ie, the opposite direction to the direction of arrival) sent. The advantage over the previously used retrodirective arrays is mainly that the high gain of the reflector is effective both in receiving and re-blasting the wave. By appropriately dense arrangement of the antenna elements 102 or the formation of overlapping subsets of the antenna elements 102 a mobile station can be followed almost completely. Be the antenna elements 102 Paired together, it can also be emitted in a direction other than the direction of incidence. By the control means 104 that the antenna elements 102 optionally connects to each other or shorts at its output, the antenna can be reconfigured. This allows a great deal of flexibility with regard to the transmission area.

2 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus. Die Antennenelemente 102a, b seien der Fokalebene 105 des Reflektors 101 angeordnet und jeweils an ihrem Ausgang kurzgeschlossen. Befindet sich ein mobiler Sender im Gebiet 1, so wird die von ihm ausgehende, auf den Reflektor 101 einfallende Strahlung auf das Antennenelement 102b fokussiert und aufgrund des Kurzschlusses in die Einfallsrichtung wieder abgestrahlt. Der Reflektor 101 leuchtet das Gebiet 1 aus. Bewegt sich der Sender in das Gebiet 2, so gilt das gleiche für das Antennenelement 102a und das Gebiet 2. Zwischenpositionen des Senders lassen sich durch Hinzufügen weiterer Antennenelemente 102 in geeignetem Abstand zueinander in dem Antennenarray auffüllen. 2 shows a schematic representation to illustrate the operation of a reflector antenna according to the invention in the first mode of operation. The antenna elements 102 , b be the focal plane 105 of the reflector 101 arranged and shorted at their output. If there is a mobile transmitter in the area 1, then the outgoing of it, on the reflector 101 incident radiation to the antenna element 102b focused and re-radiated due to the short circuit in the direction of incidence. The reflector 101 the area 1 lights up. If the transmitter moves into area 2, the same applies to the antenna element 102 and the area 2. Intermediate positions of the transmitter can be achieved by adding further antenna elements 102 at a suitable distance from one another in the antenna array.

3 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus. Vorliegend sind die beiden dargestellten Antennenelemente 102 reflexionsfrei miteinander verbunden. Die einfallende Strahlung wird nun vom jeweils anderen Element Antennenelement 102 wieder abgestrahlt, so dass sich die ausgeleuchteten Gebiete vertauschen, d.h. ist ein Sender im Gebiet 1 so wird die bei der Antenne einfallende Strahlung in Richtung Gebiet 2 abgestrahlt. Aus der Position des Senders und dem Abstand der Antennenelemente 102 ergibt sich die Lage des (Empfangs-)Gebietes 2. 3 shows a schematic representation to illustrate the operation of a reflector antenna according to the invention in the second mode of operation. In the present case are the two antenna elements shown 102 connected without reflection. The incident radiation is now the other element antenna element 102 radiated again so that the illuminated areas exchange, ie is a transmitter in the area 1, the radiation incident on the antenna is radiated in the direction of area 2. From the position of the transmitter and the distance of the antenna elements 102 results in the location of the (receiving) area. 2

Zur Reduzierung der Abschattung ist auch eine Konfiguration nach Cassegrain (4a) oder eine Kombination mit einem Offset-Reflektor (4b) möglich. To reduce shading is also a configuration according to Cassegrain ( 4a ) or a combination with an offset reflector ( 4b ) possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101 101
Reflektor reflector
102 102
Antennenelement antenna element
103 103
Antennenarray antenna array
104 104
Steuermittel control means
105 105
Fokusebene focal plane
F F
Fokuspunkt focus point

Claims (9)

Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor (101) zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene (105) des Reflektors (101), und ein in der Fokalebene (105) angeordnetes Antennenarray (103) mit einer Mehrzahl von Antennenelementen (102), dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermittel (104) vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und mittels dem in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden. Reflecting antenna for receiving and emitting radiation, comprising a reflector ( 101 ) for focusing the radiation onto a focal plane ( 105 ) of the reflector ( 101 ), and one in the focal plane ( 105 ) arranged antenna array ( 103 ) with a plurality of antenna elements ( 102 ), characterized in that a control means ( 104 ) is present, by means of which in a first operating mode all antenna elements ( 102 ) or at least some of the antenna elements ( 102 ) are short-circuited at their respective antenna output and by means of the in a second operating mode all antenna elements ( 102 ) or at least some of the antenna elements ( 102 ) are connected in pairs to the signal line. Reflektorantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (104) derart eingerichtet und ausgeführt ist, dass nur solche Antennenelemente (102) paarweise miteinander verbunden werden, die achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Reflektors (101) angeordnet sind. Reflector antenna according to claim 1, characterized in that the control means ( 104 ) is set up and designed such that only such antenna elements ( 102 ) are connected in pairs, which are axisymmetric to an axis of symmetry of the reflector ( 101 ) are arranged. Reflektorantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (104) zur gezielten Auswahl von Antennenelementen (102), die paarweise verbunden werden, eingerichtet ist, wobei die Auswahl der jeweiligen Antennenelemente (102) abhängig ist von einer vorgegebenen Relativposition eines oder mehrer Sender zur Reflektorantenne, deren Strahlung von der Reflektorantenne empfangen wird, und von einem vorgegebenen Empfangsbereich (Gebiet 1, Gebiet 2) für die von der Reflektorantenne ausgesandten Strahlung. Reflector antenna according to claim 1, characterized in that the control means ( 104 ) for the targeted selection of antenna elements ( 102 ) which are connected in pairs, the selection of the respective antenna elements ( 102 ) is dependent on a predetermined relative position of one or more transmitters to the reflector antenna, the radiation of which is received by the reflector antenna, and of a predetermined reception range (region 1, region 2) for the radiation emitted by the reflector antenna. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (101) eine Cassegrain Speisung aufweist. Reflective antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reflector ( 101 ) has a Cassegrain feed. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (101) eine Frontspeisung aufweist. Reflective antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reflector ( 101 ) has a front feed. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (102) derart ausgeführt sind, dass sie bei einer oder bei mehreren Frequenzen in Resonanz betreibbar sind. Reflective antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the antenna elements ( 102 ) are designed such that they can be operated in resonance at one or more frequencies. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise Verbindung der Antennenelemente (102) jeweils reflexionsfrei ausgeführt ist. Reflective antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pairwise connection of the antenna elements ( 102 ) is executed without reflections. Satellit oder Raumfahrzeug mit einer Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7.  Satellite or spacecraft with a reflector antenna according to one of claims 1 to 7. Luftfahrzeug mit einer Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7.  Aircraft with a reflector antenna according to one of claims 1 to 7.
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