DE1257227B

DE1257227B - Cassegrain-Antenne

Info

Publication number: DE1257227B
Application number: DEW39552A
Authority: DE
Inventors: William Chester Jakes Jun
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1960-12-27
Filing date: 1961-12-09
Publication date: 1967-12-28
Also published as: GB1006219A; GB1006218A; NL272152A; US3195137A; DE1225716B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4 - 46/05

Nummer: 1 257 227

Aktenzeichen: W 39552 IX d/21 a4

Anmeldetag: 9. Dezember 1961

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft eine Cassegrain-Antenne für zirkularpolarisierte elektromagnetische Wellen mit einem Paraboloidrefiektor, der den Polarisationsdrehsinn der auf ihn auftreffenden elektromagnetischen Wellen umkehrt, und einem Zwischenreflektor, der eine im Brennpunkt des Paraboloidreflektors gelegene virtuelle Strahlungsquelle liefert und durch eine Öffnung im Scheitel des Paraboloidreflektors von einem Primärstrahler mit zirkularpolarisierten Wellen eines bestimmten Polarisationsdrehsinnes ausgeleuchtet ist.

Bei einer solchen Antenne führt der Zwischenreflektor zu einer Abschattung des Antennenstrahles, die sich nur in gewissen Grenzen durch eine Verkleinerung des Zwischenreflektors verringern läßt. Aus der USA.-Patentschrift 2 736 895 und der französischen Patentschrift 1213 871 sind auch schon Cassegrain-Antennen mit für linearpolarisierte Wellen durchlässigem Zwischenreflektor bekannt.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, bei einer Cassegrain-Antenne für zirkularpolarisierte Wellen die Abschattung des Antennenstrahles zu vermeiden und damit die Nebenkeulen herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Antenne der eingangs genannten Art der Zwischenreflektor aus nebeneinander angeordneten quadratischen Hohlleiterstücken zusammengesetzt ist, deren jedes drei benachbarte, axial hintereinanderliegende, vom Primärstrahler aus gesehen, in folgender Reihenfolge angeordnete Abschnitte aufweist:

a) einen ersten Hohlleiterabschnitt mit in zueinander senkrechten Längsebenen unterschiedlichem Phasenmaß, der in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß er eine an seinem Eingang auftretende zirkularpolarisierte Welle in eine linearpolarisierte Welle umwandelt, deren Polarisationsebene parallel zu einer der Hohlleiterwandungen ist;

b) einen zweiten Hohlleiterabschnitt, der eine Längsscheidewand aufweist, die parallel zur Polarisationsebene der am Ausgang des ersten Hohlleiterabschnitts auftretenden, vom Primärstrahler herrührenden linearpolarisierten Welle ist;

c) einen dritten Hohlleiterabschnitt mit in zueinander senkrechten Längsebenen unterschiedlichem Phasenmaß, der in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß er eine an seinem Eingang auftretende, senkrecht zur Scheidewand des zweiten Hohlleiterabschnittes polarisierte Welle in eine zirkularpolarisierte Welle mit Cassegrain-Antenne

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated,

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

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Dipl.-Ing. P. G. Blumbach
und Dipl.-Phys. Dr. W. Weser, Patentanwälte,
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
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einem dem Polarisationsdrehsinn des Primärstrahlers entgegengesetzten Drehsinn umwandelt.

Da der Polarisationsdrehsinn der zirkularpolarisierten Wellen sich bei der Reflexion am Paraboloidreflektor umkehrt, ist der Polarisationsdrehsinn des Antennenstrahles demjenigen der vom Primärstrahler ausgehenden Wellen entgegengesetzt. Erfindungsgemäß reflektiert der Zwischenreflektor zirkularpolarisierte Wellen eines Drehsinns und läßt Wellen des entgegengesetzten Drehsinns durch, so als ob der Zwischenreflektor nicht vorhanden wäre, mit dem Ergebnis, daß durch den Zwischenreflektor keine Abschattung erzeugt wird.

Der Zwischenreflektor besteht aus drei Hohlleiterabschnitten. Ein Abschnitt, der linearpolarisierte Wellen einer gegebenen Polarisationsrichtung reflektiert und linearpolarisierte Wellen mit um 90° verdrehter Polarisationsrichtung durchläßt, liegt zwischen zwei Hohlleiterabschnitten zur Umwandlung von linearpolarisierten Wellen in zirkularpolarisierte Wellen. Auf den Zwischenreflektor auffallende zirkularpolarisierte Wellen werden in Abhängigkeit von ihrem Polarisationsdrehsinn in linearpolarisierte Wellen entweder der oben als gegeben bezeichneten oder der hierzu um 90° verdrehten Polarisationsrichtung umgewandelt. Die linearpolarisierten Wellen der gegebenen Richtung werden durch den mittleren Hohlleiterabschnitt reflektiert und durch den ersten Hohlleiterabschnitt in zirkularpolarisierte Wellen mit

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dem diesen Wellen ursprünglichen Polarisationsdrehsinn zurückverwandelt, während linearpolarisierte Wellen der um 90° verdrehten Polarisationsrichtung durch den mittleren Hohlleiterabschnitt durchtreten und durch den dritten Hohlleiterabschnitt ebenfalls in zirkularpolarisierte Wellen, allerdings mit dem diesen Wellen ursprünglichen Polarisationsdrehsinn, zurückverwandelt werden.

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, wobei der Zwischenreflektor nur schematisch dargestellt ist,

Fig. 2a, 2b, 2c den Aufbau des Zwischenreflektors.

Zur Erläuterung 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.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der Erfindung: einen Primärstrahler 10, einen Paraboloidreflektor 16 und einen Zwischenreflektor 20. Der Paraboloidreflektor 16 ist herkömmlicher Art. Seine Oberfläche wird durch Rotation einer Parabel um die Achse 18 erzeugt. Der Primärstrahler 10, beispielsweise ein Hornstrahler, liefert zirkularpolarisierte Wellen und ist in der Achse 18 so angeordnet, daß seine Strahlungsöffnung sich in der Nähe der im Scheitel des Reflektors 16 angebrachten Öffnung 22 befindet.

Wenn das Strahlungsbündel divergierend aus dem Primärstrahler austritt, 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 Paraboloidreflektor 16 liegt, kann er auch jenseits des Brennpunktes 46 angeordnet werden. Die vom Zwischenreflektor 20 reflektierte hochfrequente Energie mit sphärischer Wellenfront wird endgültig vom Paraboloidreflektor 16 mit ebener Wellenfront in Richtung der Achse 18 abgestrahlt.

Der Zwischenreflektor 20 ist so ausgebildet, daß er für die den Antennenstrahl bildende zirkularpolarisierte Energie durchlässig ist, so daß keine Abschattung für den Antennenstrahl entsteht. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß zirkularpolarisierte Wellen bei einer Reflexion an einer leitenden Fläche, in diesem Fall dem Paraboloidreflektor 16, ihren Polarisationsdrehsinn umkehren. Der Zwischenreflektor 20 ist so ausgebildet, daß er zirkularpolarisierte Wellen mit einem gegebenen Polarisationsdrehsinn reflektiert und zirkularpolarisierte Wellen mit dem entgegengesetzten Drehsinn durchläßt.

Wenn beispielsweise eine, in der Ausbreitungsrichtung gesehen, im Gegenuhrzeigersinn zirkularpolarisierte Welle vom Primärstrahler 10 ausgeht, wird sie vom Zwischenreflektor 20 mit dem gleichen Drehsinn reflektiert, wenn man wiederum in der jetzt geänderten Ausbreitungsrichtung sieht. Die Reflexion am Paraboloidreflektor 16 kehrt die Drehrichtung um, so daß die Welle dann im Uhrzeigersinn zirkularpolarisiert ist. Der auf den Zwischenreflektor 20 auffallende Teil dieser Welle wird durch den Reflektor durchgelassen, so daß ein abschattungsfreies Strahlenbündel entsteht.

Der Aufbau des Zwischenreflektors 20 ist in den F i g. 2 a, 2 b und 2 c dargestellt. Die F i g. 2 a und 2 b zeigen den Reflektor 20 in der Seiten- bzw. Vorderansicht. Der Zwischenreflektor 20 ist aus nebeneinander angeordneten quadratischen Hohlleiterstücken 28 zusammengesetzt, die in der axialen Richtung gegeneinander versetzt sind, um eine annähernd sphärische Fläche 30 zu bilden. Diese Näherung ist zulässig, da die Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz normalerweise groß im Vergleich zu den Abweichungen von der Fläche 30 ist. Jedes Hohlleiterstück 28 ist gemäß Fig. 2c aus drei Hohlleiterabschnitten zusammengesetzt. Die Hohlleiterabschnitte 32 und 36 zur Umwandlung von linearer in zirkuläre Polarisation sind durch einen mittleren Hohlleiterabschnitt verbunden, der linearpolarisierte Wellen mit einer gegebenen Polarisationsebene reflektiert und linearpolarisierte Wellen mit einer um 90° gedrehten Polarisationsebene durchläßt.

Die Hohlleiterabschnitte 32 und 36 sind mit Leitblechen 38 bzw. 42 versehen, die entlang entgegengesetzter Diagonalen der Abschnitte 32 bzw. 36 angeordnet sind. Sie sind so bemessen, daß zwischen der in die Ebene der Leitbleche fallenden Wellenkomponente und der hierzu senkrechten eine Phasenverschiebung von 90° entsteht. Der mittlere Hohlleiterabschnitt 34 besitzt eine horizontale Längsscheidewand 40. Im Gegenuhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen, die auf den Zwischenreflektor 20 auffallen, werden beim Durchgang durch den Abschnitt 32 in linearpolarisierte Wellen mit horizontaler Polarisationsebene umgewandelt. Wenn diese Wellen den Abschnitt 34 erreichen, werden sie reflektiert, beim Rückweg durch den Abschnitt 32 wiederum in im Gegenuhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen zurückverwandelt und von der Fläche 30 abgestrahlt. Wenn dagegen im Uhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen in den Abschnitt 32 eintreten, werden sie in linearpolarisierte Wellen mit vertikaler Polarisationsebene umgewandelt. Diese Wellen können durch den Abschnitt 34 hindurchlaufen und gelangen zum Abschnitt 36. Dort werden sie in im Uhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen zurückverwandelt und als Teil des Antennenstrahles abgestrahlt. Um sie durch den Zwischenreflektor 20 hindurchgehenden Wellen in Phasenübereinstimmung mit dem Rest des Antennenstrahles zu bringen, ist die Länge des Abschnittes 34 so bemessen, daß sich eine Zeitverzögerung beim Durchgang durch den Zwischenreflektor 20 ergibt, die im freien Raum einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge entspricht.

Es besteht die Möglichkeit, den Hohlleiterabschnitt 34 um 90° zu verdrehen. Der Zwischenreflektor 20 reflektiert dann im Uhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen und läßt im Gegenuhrzeigersinn zirkularpolarisierte Wellen durch.

Claims

Patentanspruch:

Cassegrain-Antenne für zirkularpolarisierte elektromagnetische Wellen mit einem Paraboloid-

reflektor, der den Polarisationsdrehsinn der auf ihn auftreffenden elektromagnetischen Wellen umkehrt, und einem Zwischenreflektor, der eine im Brennpunkt des Paraboloidreflektors gelegene virtuelle Strahlungsquelle liefert und durch eine Öffnung im Scheitel des Paraboloidreflektors von einem Primärstrahler mit zirkularpolarisierten Wellen eines bestimmten Polarisationsdrehsinns ausgeleuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenreflektor (20) aus nebeneinander angeordneten quadratischen Hohlleiterstücken (28) zusammengesetzt ist, deren jedes drei benachbarte, axial hintereinanderliegende, vom Primärstrahler aus gesehen in folgender Reihenfolge angeordnete Abschnitte (32, 34, 36) aufweist:

a) einen ersten Hohlleiterabschnitt (32) mit in zueinander senkrechten Längsebenen unterschiedlichem Phasenmaß, der in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß er eine an seinem Eingang auftretende zirkularpolarisierte Welle in eine linearpolarisierte Welle umwandelt, deren Polarisationsebene parallel zu einer der Hohlleiterwandungen ist;

b) einen zweiten Hohlleiterabschnitt (34), der eine Längsscheidewand (40) aufweist, die parallel zur Polarisationsebene der am Ausgang des ersten Hohlleiterabschnittes auftretenden, vom Primärstrahler herrührenden linearpolarisierten Welle ist;

c) einen dritten Hohlleiterabschnitt (36) mit in zueinander senkrechten Längsebenen unterschiedlichem Phasenmaß, der in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß er eine an seinem Eingang auftretende, senkrecht zur Scheidewand des zweiten Hohlleiterabschnittes polarisierte Welle in eine zirkularpolarisierte Welle mit einem dem Polarisationsdrehsinn des Primärstrahlers entgegengesetzten Drehsinn umwandelt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 213 871;
USA.-Patentschrift Nr. 2 736 895.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 710/189 12. 67 © Bundesdruckerei Berlin