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Apertur-Antennensystem zur Erzeugung eines Strahlungsdiagramms mit
extrem kleinen Nebenzipfeln Die Erfindung betrifft ein aus Primär- und Sekundärstrahlern
bestehendes Apertur-Antennensystem, vorzugsweise bestehend aus einem Hornstrahler
mit einem Parabol-Reflektor.
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übliche Antennenkonstruktionen stellen einen Kompromiß zwischen Gewicht,
Windlast, Spiegeltoleranzen, Antennengröße, Flächenwirkungsgrad und konstruktivem
Aufwand einerseits und Nebenzipfeldämpfung andererseits dar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antennensystem zur Erzeugung eines
in bestimmten Grenzen beliebig wählbaren Richtdiagramms mit extrem kleinen Nebenzipfeln
in möglichst allen Strahlungsrichtungen anzugeben, wobei der infolge des erwähnten
Kompromisses bedingte erhöhte wirtschaftliche Aufwand tragbar bleiben soll.
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Es ist bereits ein Antennensystem, bestehend aus einem Primär- und
einem Sekundärstrahler, bekannt, bei dem einerseits die Amplitudenbelegung und die
Aperturform des Sekundärstrahlers so gewählt sind, daß die Nebenzipfel in der Umgebung
der Hauptstrahlrichtung des Sekundärrichtdiagramms klein werden, und andererseits
die Randbelegung des Sekundärstrahlers und damit die Mantelströme an seinem Rand
und die am Sekundärstrahler vorbeistrahlende Energie des Primärstrahlers so klein
gehalten werden, daß die Nebenzipfel im Rückstrahlgebiet klein bleiben, wobei das
Rückstrahlgebiet durch das dem Gebiet der Hauptstrahlrichtung des Sekundärrichtdiagramms
gegenüberliegende Gebiet definiert ist und von diesem durch den Sekundärstrahler
getrennt wird. Bei diesem bekannten Antennensystem können jedoch - wie ersichtlich
- sowohl die Amplitudenbelegung als auch die Aperturform des Sekundärstrahlers nicht
beliebig gewählt werden, und es besteht nur die Möglichkeit, entweder die Nebenzipfel
im Rückstrahlgebiet oder - durch entsprechende andere Dimensionierung - in der Hauptstrahlrichtung
des Sekundärrichtdiagramms klein zu halten.
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Es ist weiterhin eine Antennenanordnung bekannt, bei der die Entstehung
der durch den Aperturrand des Sekundärstrahlers bewirkten Randwellen durch stetigen
übergang der elektrischen Eigenschaften des Aperturrandes in die des umgebenden
Raumes weitgehend verhindert ist. Hierbei kann jedoch nicht vermieden werden, daß
am Rand des Sekundärstrahlers ein Teil der vom Primärstrahler herrührenden Energie
vorbeistrahlt und durch Beugung am Aperturrand nicht zu vernachlässigende Nebenzipfel
im Rückstrahlgebiet entstehen.
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Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß ein Apertur-Antenne-nsystem,
bestehend aus Primär- und Sekundärstrahler und vorzugsweise bestehend aus einem
Hornstrahler mit Parabol-Reflektor, angegeben, das die Nachteile der bekannten Antennensysteme
vermeidet. Das erfindungsgemäße Antennensystem ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Öffnungswinkel, die Amplitudenbelegung und die Aperturform des Sekundärstrahlers
unabhängig von der an der Apertur des Sektndärstrahlers vorbeistrahlenden Energie
des- Primärstrahlers gewählt werden und daß die vorbeistrahlende Energie durch einen
über den Rand des Sekundärstrahlers in Richtung der Hauptstrahlrichtung des Sekundärstrahlers
wesentlich hinausragenden, mit gut absorbierenden Mitteln belegten metallischen
Abschirmtopf stark reduziert wird.
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Im folgenden seien Ausführungsbeispiele der Erfindung zur näheren
Erläuterung derselben im einzelnen beschrieben. Hierbei zeigt Fig. 1 ein Antennensystem
nach der Erfindung in Draufsicht, Fig.2 das Strahlungsdiagramm eines üblichen Apertur-Antennensystems
und Fig.3 das Antennensystem nach Fig. 1 in Seitenansicht.
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In Fig. 1 ist ein Apertur-Antennensystem gezeigt, welches Mittel nach
der Erfindung zur Vermeidung der Nebenzipfel in sämtlichen Strahlungsrichtungen
des Sekundärriehtdiagramms aufweist. Vor einem Reflektor l mit dem Öffnungswinkel
r befindet sich ein üblicher Hornstrahler 2 mit der abgebrochenen Speiseleitung
3. Die Amplitudenbelegung und die
Aperturform des Sekundärstrahlers
können hierbei unabhängig von der an der Apertur des Sekundärstrahlers vorbeistrahlenden
Energie des Primärstrahlers gewählt werden, da am Reflektor zusätzliche absorbierende
Mittel4 vorgesehen sind, die die an der Apertur des Sekundärstrahlers vorbeistrahlende
Energie aus dem Primärrichtdiagramm des Hornstrahlers nicht reflektieren, sondern
absorbieren. Ohne diese zusätzlichen Mittel würde üblicherweise ein Sekundärrichtdiagramm
etwa nach Fig.2 erzeugt werden, wobei eine Hauptkeule 5 in der Hauptstrahlrichtung
des Sekundärrichtdiagramms und eine Mehrzahl von Nebenzipfeln auftreten.
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übliche, bereits als gut angesehene Radar-Apertur-Antennensysteme
haben in der Zone I eine Nebenzipfeldämpfung von beispielsweise 26 db; in der Zone
II von 32 db und in der Zone III, dem sogenannten Rückstrahlgebiet; eine Rückwärtsdämpfung
von etwa 35 db. Das Apertur-Antennensystem nach der Erfindung soll dagegen eine
Nebenzipfeldämpfung in der Zone I von besser als 40 db und in den Zonen 1I und III
von mindestens 60 bis 65 db aufweisen. Für die Nebenzipfeldämpfung der Zone I sind
die Aperturform und die Belegung des Sekundärstrahlers, die Abweichung des Reflektors
von der idealen Kurvenform infolge der Herstellungstoleranzen sowie die Abweichung
des Phasenzentrums des Primärstrahlers von der idealen Punktform maßgebend. Für
die Nebenzipfeldämpfung der Zone II und III ist der auf der Rückseite metallisierte
Absorberring 4 nach Fig. 1 vorgesehen. Zusätzlich zu diesen Absorbermitteln können
zur Vermeidung der Nebenzipfel noch Sperrtöpfe 8 an der rückwärtigen Kante des Reflektors
vorgesehen werden, die ähnlich wie die bekannten Drosselfianschkopplungen bei Hohlrohrverbindungsflanschen
wirken. Diese Sperrtöpfe sind allerdings relativ schmalbandig: Bei der üblichen
symmetrischen Anordnung des Primärstrahlers in der Mitte der Apertur des Sekundärstrahlers
und damit im Strahlengang der Sekundärstrahlung ergeben sich durch die Abschattung
und damit durch die Beugung am Primärstrahler und an der Halterung desselben zusätzliche
Nebenzipfel in der Nähe der Hauptstrahlrichtung des Sekundärdiagramms. Um diese
zusätzlichen Nebenzipfel zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Primärstrahler nach
Fig. 3 wenigstens in einer Ebene exentrisch zur Apertur des Sekundärstrahlers nach
Fig. 3 anzuordnen.
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Zur Vermeidung von Nebenzipfeln hat es sich als notwendig herausgestellt,
daß der Primärstrahler bei Verwendung eines aus Reflektor und Primärstrahler bestehenden
Antennensystems ein möglichst punktförmiges Phasenzentrum aufweist. Außer Hornstrahlern
mit rundem und quadratischem Querschnitt sind jedoch derartige Hornstrahler noch
nicht bekanntgeworden. Für diesen Zweck eignet sich jedoch ein Hornstrahler mit
unterschiedlich großen Aperturachsen sehr gut, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
in den zur großen Aperturachse des Hornstrahlers parallelen Wandungen mindestens
je eine leichte, nach außen weisende; hügelähnliche und derart große Verformung
vorgesehen ist, daß in der Ebene, in dei die Aperturachse liegt, eine ortsabhängige
Korrektur der Phasengeschwindigkeit der Hohlrohrwelle im Hornstrahler erfolgt. Bei
diesem Hornstrahler entsteht tatsächlich ein im wesentlichen punktförmiges Phasenzentrum,
und dieser Hornstrahler ist daher besonders zur Verwendung bei Apertur-Antennensystemen
der beschriebenen Art zur Erzeugung von Richtdiagrammen mit extrem kleinen Nebenzipfeln
geeignet. Vorzugsweise wird die Verformung der Hornstrahlerwandun.g in der Nähe
der Hornstrahle-rapertur vorgesehen. Dieser Hornstrahler ist darüber hinaus für
elliptische oder zirkulare Polarisation. geeignet, da dessen Richtcharakteristik
nahezu unabhängig von der Polarisation ist.
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Zur Verringerung der Rückstrahlung des Primärstrahlers, die in Richtung
der Hauptstrahlung des Sekundärdiagramms zeigt, wird weiterhin vorgeschlagen, hinter
der Apertur des Primärstrahlers eine Abschirmwand aus absorbierendem Material vorzusehen,
welche auf ihrer Rückseite 10 zusätzlich metallisiert sein kann.
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In vielen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zur weiteren
Erhöhung der Nebenzipfeldämpfung eine Korrektur der Phasenbelegung in der Aperturebene,
insbesondere des Sekundärstrahlers, derart vorzunehmen; daß die Phasenfront des
Sekundärstrahlers leicht konkav ist. Diese Korrektur kann beispielsweise durch auf
die Oberfläche des Sekundärstrahlers angebrachte dielektrische Mittel
11 oder durch entsprechende Deformation des Reflektors 1 erfolgen. Selbstverständlich
können jedoch die dielektrische@n Mittel auch im oder am Primärstrahler selbst angebracht
werden.
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Die Erfindung ist an Hand der Ausführungsbeispiele vorstehend nur
bei Verwendung von Apertur-Antennensystemen beschrieben, welche aus Hornstrahlern
in Verbindung mit Parabol-Reflektoren bestehen. Selbstverständlich können aber auch
andere Apertur-Antennensysteme mit den kennzeichnendem Merkmalen der Erfindung versehen
werden, wodurch auch bei diesen Systemen eine starke Reduzierung der Nebenzipfel
erfolgt, beispielsweise bei Verwen dun, von Schlitz- oder Spiralstrahlern als Primärstrahler.