DE1274689B

DE1274689B - Dipole antenna for a spacecraft

Info

Publication number: DE1274689B
Application number: DE1966T0030740
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Buschbeck
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-03-24
Filing date: 1966-03-24
Publication date: 1968-08-08

Description

Dipolantenne für einen Raumflugkörper Die Erfindung bezieht sich auf eine Dipolantenne für einen ein Funkgerät enthaltenden Raumflugkörper, beispielsweise einen künstlichen Erdsatelliten. Solche Flugkörper müssen, wenn sie von der Erdoberfläche aus auf ihre Bahn gebracht werden, zunächst die Erdatmosphäre durchlaufen. Daher können nach außen wirksame oder von außen beeinflußte Teile, wie Antennen oder Rezeptoren für Strahlungsenergie der Sonne, welche ihrer Natur nach vorbestimmte, über die Startabmessungen des Flugkörpers weit hinausreichende Ausmaße haben müssen, erst nach Erreichen der außerhalb der Erdatmosphäre liegenden Bahn ausgefahren werden. Dafür sind Konstruktionen mit ausklappbaren, ausschiebbaren oder ausrollbaren Teilen bekannt.Dipole antenna for a spacecraft The invention relates to a dipole antenna for a spacecraft containing a radio, for example an artificial earth satellite. Such missiles must when they are from the surface of the earth from being brought onto their orbit, first pass through the earth's atmosphere. Therefore can be externally effective or externally influenced parts, such as antennas or receptors for radiant energy from the sun, which by its nature is predetermined over the Launch dimensions of the missile must have far reaching dimensions, first be extended after reaching the orbit lying outside the earth's atmosphere. For this purpose, constructions with fold-out, slide-out or roll-out parts are available known.

Bei Antennen für Funkgeräte, welche von solchen Flugkörpern getragen werden sollen, sind die Ausmaße, bei denen Strahlungswiderstände von ausreichender Größe und damit auch befriedigende Wirkungsgrade erzielt werden, durch die Frequenz der benutzten Trägerschwingung bestimmt bzw. rein räumlich von der dieser Arbeitsfrequenz entsprechenden Wellenlänge abhängig. Schwierigkeiten ergeben sich im allgemeinen nicht, wenn die Arbeitsfrequenz so hoch ist, daß die Ausmaße einer Linearantenne vergleichbar mit einer Viertelwellenlänge bei einer unsymmetrischen bzw. vergleichbar mit einer halben Wellenlänge bei einer symmetrischen Antenne gewählt werden können.In antennas for radio equipment carried by such missiles should be, are the dimensions at which radiation resistances of sufficient Size and thus also satisfactory efficiencies can be achieved by the frequency of the carrier oscillation used is determined or purely spatially by this working frequency corresponding wavelength dependent. Difficulties generally arise not if the working frequency is so high that the dimensions of a linear antenna comparable to a quarter wavelength in the case of an asymmetrical or comparable with half a wavelength can be selected with a symmetrical antenna.

Im Rahmen der mit Hilfe künstlicher Satelliten zu behandelnden Aufgaben der Technik und der Forschung wird häufig verlangt, daß das von dem Flugkörper getragene Funkgerät auf Frequenzen innerhalb eines großen Bereichs wirksam mit terrestrischen Stationen in Verbindung treten kann. Solche Aufgaben können beispielsweise bei Untersuchungen über Ausbreitungsvorgänge oder über Reflexionen aus dem Raum auftreten. In einem besonderen Fall wurde dafür ein Durchstimmsender in dem Satelliten untergebracht, dessen Frequenz im Bereich von 0,5 bis 18 MHz, also zwischen Grenzfrequenzen im Verhältnis 1: 36 geändert und innerhalb dieses Bereichs je in 80 [s langen Impulsen hochgetastet werden sollte.As part of the tasks to be treated with the help of artificial satellites the technology and research is often required that the carried by the missile Radio on frequencies within a wide range effective with terrestrial Stations can connect. Such tasks can be performed, for example, during examinations occur through propagation processes or through reflections from space. In one In a special case, a tuning transmitter was placed in the satellite, its frequency in the range from 0.5 to 18 MHz, i.e. between the limit frequencies in the Ratio 1: 36 changed and within this range each in 80 [s long pulses should be pushed up.

Für die Verwendung bei ortsfesten Stationen sind bereits Antennenformen bekannt, bei denen ein linearer Strahlerteil über einen Wirkwiderstand ungefähr von der Größe des Wellenwiderstandes des Strahlerteiles mit einer Endkapazität, beispielsweise einer über den Querschnitt des Strahlerteiles um ein Mehrfaches hinausreichenden Belegungsfläche verbunden ist. Solche Antennen weisen besonders gute Breitbandeigenschaften auf (deutsche Patentschrift 861881).Antenna shapes are already available for use with stationary stations known, in which a linear radiator part over an effective resistance approximately the size of the wave impedance of the radiator part with an end capacitance, for example, one that extends several times over the cross section of the radiator part Occupancy area is connected. Such antennas have particularly good broadband properties on (German Patent 861881).

Für ein transportables Sende- und/oder Empfangsgerät für elektromagnetische Wellen ist auch eine teleskopartig ausziehbare Antenne bekannt, welche zur Vergrößerung der effektiven Höhe mit einer sogenannten Dachkapazität versehen ist, die aus mehreren strahlenförmig zu der Antenne angeordneten Teilen besteht, wobei diese Teile gegenüber der Antenne abwinkelbar ausgebildet sind, derart, daß sie im Betriebszustand der Antenne etwa senkrecht zur Antenne stehen, während sie im Transportzustand der Antenne etwa in Richtung der Antennenausdehnung verlaufen und von dem Gehäuse, in welches die Antenne eingeschoben wird, wenigstens teilweise aufgenommen werden (deutsches Gebrauchsmuster 1925 865).For a portable transmitter and / or receiver for electromagnetic Waves is also known a telescopically extendable antenna, which is used for magnification the effective height is provided with a so-called roof capacity, which consists of several Radially arranged to the antenna parts consists, these parts opposite the antenna are designed so that they can be bent in the operating state of the Antenna stand approximately perpendicular to the antenna while it is in the transport state of the antenna run approximately in the direction of the antenna extension and from the housing into which the antenna is pushed in, at least partially taken up (German Utility model 1925 865).

Ferner ist eine ausfahrbare Antenne mit einem nach Art der Bandmaße spiralförmig aufwickelbaren Antennenleiter bekannt (deutsche Patentschrift 726516). Furthermore, an extendable antenna with an antenna conductor that can be wound up spirally in the manner of tape measures is known (German patent specification 726516).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dipolantenne für einen Raumflugkörper anzugeben, welche über einen sehr großen Frequenzbereich ohne Änderung ihrer räumlichen Abmessungen einen ausreichenden Strahlungswiderstand und damit Wirkungsgrad ergibt und vor allem einen annähernd konstanten Eingangswiderstand besitzt. Die Antenne soll außerdem leicht und in ihrem eingefahrenen Zustand in besonderem Maß raumsparend ausgebildet sirr. Dabei soll sie in mechanischer Hinsicht einfach konstruiert sein, um angesichts der hohen Kosten, die für einen künstlichen Erdsatelliten aufgewendet werden müssen, ein hohes Maß von Zuverlässigkeit zu gewähren.The invention has for its object to provide a dipole antenna for a Specify spacecraft, which cover a very large frequency range without change their spatial dimensions have sufficient radiation resistance and thus Efficiency results and above all an approximately constant input resistance owns. The antenna should also be light and in its retracted position sirr designed to save space. In doing so, it should in mechanical terms simply designed to be given the high cost of an artificial one Earth satellites must be expended to grant a high level of reliability.

Bei irrer Dipolantenne für ein in einem Raumflugkörper angeordnetes Funkgerät für einen großen Frequenzbereich mit ausklappbaren, ausschiebbaren oder ausrollbaren Dipolarmen sind erfindungsgemäß die über Wirkwiderstände ungefähr von der Größe des Wellenwiderstandes der Dipolarme an die Dipolenden angeschlossenen Belegungen einer Endkapazität durch je eine metallisierte oder an sich leitende Hülle eines auf die zur Erzeugung der gewünschten Kapazität erforderliche Größe aufblasbaren Ballons gebildet.In the case of a crazy dipole antenna for one arranged in a spacecraft Radio for a large frequency range with fold-out, slide-out or roll out According to the invention, dipolar arms are approximately of the size above effective resistances of the wave resistance of the dipole arms connected to the dipole ends an end capacitance through one metallized or one conductive sheath each inflatable to the size required to produce the desired capacity Balloons formed.

Durch die Ausbildung der Belegungen der Endkapazität in Form aufblasbarer metallisierter Ballone wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in vollkommener Weise gelöst. Die Hüllen der Ballone nehmen im eingefahrenen Zustand, also beim Start des Flugkörpers, sehr wenig Raum innerhalb des Gehäuses ein und sind auch sehr leicht. Trotzdem läßt sich eine erhebliche Größe der Belegungen ohne Schwierigkeiten durchAufblasen erzielen. Dabei kann entsprechend von an sich bekannten Grundsätzen die durch die Ballone als Belegungen gebildete Kapazität so bemessen sein, daß das Quadrat ihres Blindwiderstandes klein gegenüber dem Quadrat des Wellenwiderstandes der Dipolarme ist, was die Voraussetzung für die erstrebte annähernde Konstanz des Eingangswiderstandes ist.By designing the occupancies of the final capacity in the form of inflatable ones The object on which the invention is based is more fully achieved with metallized balloons Way solved. The envelopes of the balloons take in the retracted state, so when Launch of the missile, very little space inside the housing and are also very easy. Nevertheless, a considerable size of the occupancy can be achieved without difficulty achieve by inflation. This can be done in accordance with principles known per se the capacity formed by the balloons as occupancies must be such that the The square of their reactance is small compared to the square of the wave resistance the dipolar arm is what the prerequisite for the approximate constancy of the Input resistance is.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Dipolantenne nach der Erfindung sind die Dipolarme aus einem nach Art der Bandmaße spiralförmig aufwickelbaren Antennenleiter gebildet, der vorzugsweise aus Federstahl oder Federbronze hergestellt ist und in einer Richtung quer zu seiner Längserstrekkung eine Durchbiegung besitzt, durch welche er im ausgerollten Zustand eine gewisse Steifigkeit erhält. Die Breite des bandförmigen Leiters kann entsprechend dem gewünschten Wellenwiderstand bemessen werden und beispielsweise zwischen 40 und 80 mm betragen. Bei dem letztgenannten Wert ergäbe sich ein Wellenwiderstand von 830 SI.In a preferred embodiment of a dipole antenna according to Invention are the dipole arms made of a spiral wound in the manner of tape measures Antenna conductor formed, which is preferably made of spring steel or spring bronze and has a deflection in a direction transverse to its longitudinal extension, which gives it a certain rigidity when rolled out. The width of the ribbon-shaped conductor can be dimensioned according to the desired wave resistance and be, for example, between 40 and 80 mm. With the latter The value would be a wave impedance of 830 SI.

Es sei erwähnt, daß die Verwendung eines aufblasbaren Ballons aus kunststoffgetränktem Glasfasergewebe bekannt ist, um den unteren Teil dieses Ballons in Gestalt eines Rotationsparaboloids auszubilden und auf seiner Innenseite mit einem Metallüberzug zu versehen, der als Radarspiegelantenne dient. Dieses Gerät ist jedoch nur für die Verwendung an einem festen Standort auf der Erde gedacht, und der Ballon diente auch nicht als Belegung für eine Endkapazität einer Antenne (Electronics, 30 [1957], 11, S. 198, 200).It should be mentioned that the use of an inflatable balloon made of plastic-soaked fiberglass fabric is known to form the lower part of this balloon in the shape of a paraboloid of revolution and to provide on its inside with a metal coating which serves as a radar mirror antenna. However, this device is only intended for use at a fixed location on earth, and the balloon also did not serve as an occupancy for a terminal capacity of an antenna (Electronics, 30 [1957 ] , 11, pp. 198, 200).

Das Aufblasen der Ballone nach dem Erreichen der Umlaufbahn und nach dem Ausfahren der Dipolarme kann durch eine innerhalb der Hülle befindliche Sprengkapsel, beispielsweise gefüllt mit flüssigem Kohlendioxyd, welche bei Erreichen der Ausfahrstellung der Dipolarme zur Wirkung gebracht bzw. zerbrochen wird, in an sich bekannter Weise erfolgen.The inflation of the balloons after reaching orbit and after the extension of the dipolar arms can be done by a detonator located inside the shell, for example filled with liquid carbon dioxide, which when reaching the extended position the dipolar arm is brought into action or broken, in a manner known per se take place.

Damit durch diese selbsttätige Aufblasvorrichtung die Hülle nicht auf ein Übermaß aufgeblasen wird, soll nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung diese Hülle aus einer kautschukelastischen Folie mit einem die Ausdehnung begrenzenden Netz aus vorzugsweise hochfesten Fäden, beispielsweise eines synthetischen Kunststoffes, bestehen. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß bis zu der durch die Ausdehnung des Netzes bestimmten Grenze ein Aufblasen durch einen geringen Überdruck möglich ist. Von dieser durch das Netz bestimmten Grenze an würde erst ein erheblich größerer Überdruck dazu führen, die Größe der Ballone wesentlich zu steigern. Es ist dann nicht schwierig, die von der Sprengkapsel bei ihrer Zerstörung freigesetzte Gasmenge so zu bemessen, daß die gewünschte Größe der Ballone erreicht, jedoch nicht wesentlich überschritten wird.So that by this automatic inflation device not the shell is inflated to an excess, according to a further embodiment of the invention this sheath made of a rubber-elastic film with a limiting extension Network of preferably high-strength threads, for example a synthetic plastic, exist. Through this training it is achieved that up to that by the expansion of the network certain limit an inflation possible through a slight overpressure is. From this limit, which is determined by the network, it would only become a considerably larger one Overpressure cause the size of the balloons to increase significantly. It is then not difficult, the amount of gas released by the detonator when it was destroyed sized to achieve the desired size of the balloons, but not essential is exceeded.

Die Durchrechnung eines Ausführungsbeispiels einer Dipolantenne nach der Erfindung hat ergeben, daß bei einem Wellenwiderstand der Dipolarme von ungefähr 850 62 und einer maximalen Fehlanpassung von der Größe 4,0 innerhalb des angegebenen Arbeitsfrequenzbereichs von 0,5 bis 16 MHz der zwischen den freien Enden der Abschlußwiderstände in Serie erscheinende Blindwiderstand 1270 a betragen sollte. Dies entspräche für eine mittlere Frequenz des erwähnten Arbeitsfrequenzbereichs einer Kapazität von 256 pF bzw. 230 cm. Bei einer Länge der Dipolarme von je 23 m ergibt sich dann ein Kugelradius der metallisierten Ballone von je 425 cm. Da die Kapazität durch die Anwesenheit des Satellitenkörpers noch etwas vergrößert wird, können in dem betrachteten Ausführungsbeispiel die Ballone einen Durchmesser von je 8 m haben, was ohne Schwierigkeiten verwirklicht werden kann.The calculation of an embodiment of a dipole antenna according to the invention has shown that with a wave resistance of the dipole arm of approximately 850 62 and a maximum mismatch of size 4.0 within the specified Working frequency range from 0.5 to 16 MHz between the free ends of the terminating resistors reactance appearing in series should be 1270 a. This would correspond to a mean frequency of the mentioned working frequency range with a capacity of 256 pF or 230 cm. With a length of the dipole arms of 23 m each, the result is a Ball radius of the metallized balloons of 425 cm each. Since the capacity is increased by the Presence of the satellite body is still somewhat enlarged, can be viewed in the Embodiment, the balloons have a diameter of 8 m each, which without difficulty can be realized.

In der Zeichnung ist unter Weglassung aller nicht unbedingt zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Teile ein Ausführungsbeispiel einer Dipolantenne nach der Erfindung dargestellt. Der Satellitenkörper 1 besitzt an zwei einander gegenüberliegenden Stellen die Auslässe 2 und 3 für die ausrollbaren bandförmigen Dipolarme 4 und 5. An den Enden der Dipolarme sind die Abschlußwiderstände 6 und 7 vorgesehen, welche Wirkwiderstände ungefähr von der Größe des Wellenwiderstandes der Dipolarme 4 und 5 sind. An die freien Enden dieser Abschlußwiderstände ist unmittelbar die Metallisierung der Ballone 8 und 9 angeschlossen. Diese sind in der Zeichnung im Verhältnis zu der Größe des Satellitenkörpers, allerdings im Vergleich mit dem vorher besprochenen Ausführungsbeispiel, mit einem zu geringen Radius dargestellt. Im eingefahrenen Zustand der Antenne, also vor dem Start des Satelliten, liegen die bandförmigen Dipolarme 4 und 5 zu Spiralen aufgerollt im Innern des Satellitenkörpers. Dabei können die zusammengefalteten Hüllen der Ballone 8 und 9 in den Auslässen 2 und 3 geschützt untergebracht sein. Hat der Satellit die Erdatmosphäre verlassen, so kann in an sich bekannter Weise durch ein Funksignal oder eine Zeitautomatik der Ausrollvorgang für die Dipolarme 4 und 5 eingeleitet werden. Ist dieser vollendet, so wird in jedem Ballon die dort vorgesehene (in der Zeichnung nicht dargestellte) Sprengkapsel zerbrochen, so daß die bis dahin zusammengefaltete Hülle bis zu der gewünschten Größe aufgeblasen wird. Die Dipolantenne hat dann die der Berechnung zugrunde gelegten elektrischen Eigenschaften, welche in einem sehr großen Frequenzband einen guten Antennenwirkungsgrad gewährleistet.The drawing shows an exemplary embodiment of a dipole antenna according to the invention, omitting all parts that are not absolutely necessary to explain the invention. The satellite body 1 has the outlets 2 and 3 for the roll-out ribbon-shaped dipole arms 4 and 5 at two opposite points . The metallization of the balloons 8 and 9 is directly connected to the free ends of these terminating resistors. These are shown in the drawing in relation to the size of the satellite body, but in comparison with the previously discussed embodiment, with a radius that is too small. When the antenna is in the retracted state, ie before the satellite is launched, the band-shaped dipolar arms 4 and 5 are rolled up to form spirals in the interior of the satellite body. The folded envelopes of the balloons 8 and 9 can be housed in a protected manner in the outlets 2 and 3. Once the satellite has left the earth's atmosphere, the roll-out process for the dipole arms 4 and 5 can be initiated in a manner known per se by a radio signal or an automatic timer. When this is completed, the detonator provided there (not shown in the drawing) in each balloon is broken so that the envelope, which has been folded up until then, is inflated to the desired size. The dipole antenna then has the electrical properties on which the calculation is based, which ensures good antenna efficiency in a very large frequency band.

Claims

Claims: 1. Dipole antenna for an arranged in a spacecraft Radio for a large frequency range with fold-out, slide-out or roll-out dipole arms, d a d u r c h marked that the over active resistances (6, 7) approximately from the magnitude of the wave resistance of the dipole arms (4, 5) to the Dipole ends connected assignments of an end capacitance by one metallized each or an intrinsically conductive sheath on the to generate the desired Capacity required size inflatable balloons (8, 9) are formed.

2. antenna according to claim 1, characterized in that the balloons (8, 9) as occupations formed capacitance is dimensioned so that the square of its reactance is small compared to the square of the wave resistance of the dipolar arms (4, 5).

3. Antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the envelopes of the balloons (8, 9) made of a rubber-elastic film with a network that limits the expansion consist of preferably high-strength threads.

4. Antenna according to one of the claims 1 to 3, characterized by a detonator located inside the shell, for example filled with liquid carbon dioxide, which when reaching the extended position the dipole antenna (4, 5) is brought into effect or broken. Considered Publications: German Patent Specifications No. 861881, 726 516; German utility model No. 1925 865; Electronics, 30 (1957), 11, pp. 198, 200.