DE1225716B - Cassegrain-Antenne - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4WWSSSSt PATENTAMT Int. Cl.:

HOIq

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 46/02

Nummer: 1225 716

Aktenzeichen: W 31245IX d/21 a4

Anmeldetag: 9. Dezember 1961

Auslegetag· 29. September 1966

Die Erfindung betrifft eine Cassegrain-Antenne mit einem Paraboloid-Reflektor und einem Zwischenreflektor, der eine im Brennpunkt des Paraboloid-Reflektors gelegene virtuelle Strahlungsquelle liefert und durch eine Öffnung im Scheitel des Paraboloid-Reflektors von einem hinter diesem angeordneten Primärstrahler ausgeleuchtet ist. Bei einer solchen Antenne wird häufig die Forderung nach einer niedrigen Rauschtemperatur gestellt. Die Rauschtemperatur wird durch Nebenkeulen in der Richtcharakteristik erhöht, die vor allem durch das Überstrahlen des Zwischenreflektors hervorgerufen werden. Dieses entsteht dadurch, daß ein beträchtlicher Anteil der Strahlungsenergie des Primärstrahlers ohne Reflexion am Zwischenreflektor vorbei strahlt und direkt abgestrahlt oder empfangen wird. Dieses Überstrahlen des Reflektors führt bei Empfangsantennen zu einer Zunahme der Rauschtemperatur und bei Sendeantennen zu einer überflüssigen Energieabstrahlung.

Außerdem wird bei Cassegrain-Antennen durch die Rückwirkung des Zwischenreflektors auf den Primärstrahler dessen Impedanzanpassung gestört.

Die Erfindung hat sich als Ziel gesetzt, die Rauschtemperatur einer Cassegrain-Antenne durch Verringern des Überstrahlens herabzusetzen und zugleich eine gute Impedanzanpassung zwischen dem Primärstrahler und den passiven Reflektoren einer Cassegrain-Antenne zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Antenne der eingangs erwähnten Art der Primärstrahler eine Hornreflektoranordnung ist, deren Reflektor durch eine Ellipsoidteilfläche gebildet ist, deren einer Brennpunkt ungefähr in der Spitze des Homes und deren anderer Brennpunkt so nahe an der Öffnung im Scheitel des Paraboloid-Reflektors liegt, daß durch diese im wesentlichen die gesamte, von der Hornreflektoranordnung herrührende und im letztgenannten Brennpunkt konvergierende Energie hindurchgelangt.

Nach einer Weiterbildung empfiehlt die Erfindung zur Einsparung von Platz, daß die Strahlrichtung der Hornreflektoranordnung einen rechten Winkel mit der Rotationsachse des Paraboloid-Reflektors bildet und daß ein ebener Reflektor hinter und nahe der Scheitelöffnung des Paraboloid-Reflektors so angeordnet ist, daß die Ausgangsstrahlung der Hornreflektoranordnung durch die Scheitelöffnung des Paraboloid-Reflektors hindurchgelangt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Cassegrain-Antenne nach der Erfindung,

Cassegrain-Antenne

ίο

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
William Chester Jakes jun.,
Middletown Township, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Dezember 1960
(78 364)

Fig. 2 eine Vorderansicht der Hornreflektoranordnung in der F i g. 1,

F i g. 3 A und 3 B eine Abwandlung der Antenne nach F i g. 1 zur Einsparung von Platz.

Zur Erklärung der Einzelheiten der Erfindung soll die Antenne als Sendeantenne betrachtet werden, um die Darstellung ihrer Funktion zu vereinfachen. Die erfindungsgemäße Antenne kann natürlich auch als Empfangsantenne betrieben werden. Viele Vorteile der Erfindung werden gerade bei einer Empfangsantenne voll verwirklicht.

F i g. 1 zeigt die Anordnung der Erfindung: Eine Hornreflektoranordnung 10 als Primärstrahler, einen Paraboloid-Reflektor 16 und einen Zwischenreflektor 20. Die Hornreflektoranordnung 10 ist dem herkömmlichen Hornparabol ähnlich, besitzt aber einen Ellipsoid-Reflektor 12, der den Paraboloid-Reflektor des Hornparabols ersetzt. Fig. 2 zeigt die Hornreflektoranordnung 10 von vorn. Der Paraboloid-Reflektor 16 ist herkömmlicher Art. Seine Oberfläche wird durch Rotation einer Parabel um die Achse 18 erzeugt. Die Hornreflektoranordnung 10 befindet sich hinter dem Reflektor 16, so daß seine Achse 17 rechtwinklig zur Achse 18 angeordnet ist und diese schneidet. Die Strahlungsöffnung 24 der Hornreflektoranordnung 1 ist gegen den Scheitel des Paraboloid-Reflektors 16 gerichtet. Die Brennpunkte 11 und 21 der Ellipsoid-Teilfläche 12 liegen in der Spitze der

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Hornreflektoranordnung 10 auf der Achse 17 bzw. im Scheitelpunkt des Reflektors 16 auch der Achse 18.

Eine Ellipse ist definiert als der Ort aller Punkte, für die die Summe der Abstände von zwei Brennpunkten konstant ist. Alle Strahlen aus der Mündung der Hornreflektoranordnung 10 vom Brennpunkt 11 gehen also durch den Brennpunkt 21, und zwar alle mit gleicher Phasenlage. Die Hüllfläche des Strahlenbündels aus der Hornreflektoranordnung 10 besitzt daher bikonische Form, wie durch die gestrichelten Linien 14 dargestellt. Das Strahlenbündel geht durch die Öffnung 22 des Reflektors 16. Da sich die Strahlen des ausgestrahlten Bündels im Brennpunkt 21 schneiden, kann die Öffnung 22, durch die die Energie durch den Paraboloid-Reflektor 16 hindurchtritt, einen extrem kleinen Durchmesser haben. Es wird dann nur ein sehr geringer Anteil der durch die Öffnung 22 hindurchgetretenen Energie nach ihrer Reflexion am Zwischenreflektor 20 durch die Öffnung 22 zur Hornreflektoranordnung 10 zurückreflektiert. Dadurch -ergibt sich eine gute Impedanzanpassung. Wenn das Strahlenbündel aus der. Hornreflektoranordnung hinter der Öffnung 22' divergiert, fällt es auf die Oberfläche 30 des Zwischenreflektors 20, der zentrisch zur Achse 18 angeordnet ist. Die Oberfläche 30 ist so gekrümmt, daß sie einen virtuellen Strahler im Brennpunkt 46 liefert. Anders gesagt, die vom Zwischenreflektor 20 reflektierten Wellen besitzen eine sphärische Wellenfront, die konzentrisch zum Brennpunkt 46 ist. Die Krümmung der Oberfläche 30 ist abhängig von der Lage des Zwischenreflektors 20. Obwohl die aus praktischen Gründen günstigste Anordnung des Zwischenreflektors zwischen dem Brennpunkt 46 und dem Paraboloid-Reflektor 16 liegt, kann er auch jenseits des Brennpunktes 46 angeordnet werden. Die vom Zwischenreflektor 20 reflektierte hochfrequente Energie mit sphärischer Wellenfront wird endgültig vom Paraboloid-Reflektor 16 mit ebener Wellenfront in Richtung der Achse 18 abgestrahlt.

Die Eigenschaften der Hornreflektoranordnung 10 gestatten, wie auch im Fall des herkömmlichen Hornparabols, eine gute Bündelung der ausgestrahlen Wellen. Als Ergebnis ist das von der Hornreflektoranordnung 10 ausgehende Strahlenbündel scharf begrenzt, und nur sehr wenige Strahlen zweigen vom Bündel ab.

Aus F i g. 1 ergibt sich, daß die Größe des Paraboloid-Reflektors 16 und des Zwischenreflektors 20 so gewählt ist, daß das gesamte, von der Hornreflektoranordnung abgestrahlte bikonische Bündel von beiden Reflektoren 16 und 20 reflektiert wird und daß nur ein vernachlässigbar kleiner Teil der Energie durch Überstrahlen verlorengeht. Bei einer Empfangsantenne bedeutet dies, daß nur sehr wenig thermische Energie aus der Umgebung aufgenommen wird und daß die effektive Rauschtemperatur der Antenne klein ist.

Die Hornreflektoranordnung 10 ist verhältnismäßig klein und der Paraboloid-Reflektor 16 groß, so daß die Kosten und die Größe der Hornreflektoranordnung 10 im Vergleich zum Gewinn des Paraboloid-Reflektors 16 tragbar sind.

Obwohl der Querschnitt der Hornreflektoranordnung 10 und der Querschnitt durch die Oberfläche 30

ίο beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 kreisförmig sind, können beide ebenso wie die Öffnung 24 zur Vereinfachung der Konstruktion rechtwinklig sein. In diesem Fall würde die Umhüllende des Strahlenbündels aus der Hornreflektoranordnung 10 die Form einer Pyramide besitzen. Es ist jedoch offensichtlich, daß dies keine so wirksame Ausleuchtung des Paraboloid-Reflektors 16 ergeben würde.

In den F i g. 3 A und 3 B ist die Hornreflektoranordnung 10 im rechten Winkel zur Öffnung 22 angeordnet. Ein ebener Reflektor 44 richtet die aus der Hornreflektoranordnung 10 austretende Energie auf die öffnung 22. Diese Abänderung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 spart Platz, da die Hornreflektoranordnung 10 sich dichter am Reflektor 16 befindet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Cassegrain-Antenne mit einem Paraboloid-Reflektor und einem Zwischenreflektor, der eine im Brennpunkt des Paraboloid-Reflektors gelegene Strahlungsquelle liefert und durch eine Öffnung im Scheitel des Paraboloid-Reflektors von einem hinter diesem angeordneten Primärstrahler ausgeleuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler eine Hornreflektoranordnung (10) ist, deren Reflektor (12) durch eine Ellipsoid-Teilfläche gebildet ist, deren einer Brennpunkt (11) ungefähr in der Spitze des Hornes und deren anderer Brennpunkt (21) so nahe an der Öffnung (22) im Scheitel des Paraboloid-Reflektors (16) liegt, daß durch diese im Wesentlichen die gesamte von der Hornreflektoranordnung (10) herrührende und im letztgenannten Brennpunkt konvergierende Energie hindurchgelangt.

2. Cassagrain-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichtung der Hornreflektoranordnung (10) einen rechten Winkel mit der Rotationsachse (18) des Paraboloid-Reflektors (16) bildet und daß ein ebener Reflektor (44) hinter und nahe der Scheitelöffnung (21) des Paraboloid-Reflektors (16) so angeordnet ist, daß die Ausgangsstrahlung der Hornreflektöran-Ordnung (10) durch die Scheitelöffnung (22) des Paraboloid-Reflektors (16) hindurchgelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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