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Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische
Wellen, bestehend aus einem großen parabolischen Hauptreflektor, in dessen Scheitelbereich
ein durch den Paraboloidscheitel hindurchstrahlender Primärstrahler angeordnet ist,
der über einen im Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Fangreflektor
den Hauptreflektor ausleuchtet.
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Richtantennen dieser Art werden unter anderem als ortsfeste Antennen
für den Satellitenfunk eingesetzt. Sie finden auch Anwendung bei der Funkortung,
zum Teil bei mobilen Anlagen. So kommt es beispielsweise bei der Eigenpeilung in
der Funkortungstechnik mit Radar, bei der Telemetrie, bei der Ortung von Nachrichtensatelliten
mit einer festen Bakenfrequenz und generell bei der Ortung darauf an, ein weit entferntes
aktives oder passives Objekt verhältnismäßig rasch aufzufinden. Bei den herkömmlichen
Antennensystemen bereitet dies häufig Schwierigkeiten, weil einerseits die räumliche
Position des aufzusuchenden Objektes im voraus nur näherungsweise bekannt ist und
weil andererseits die Halbwertsbreite des Strahlungsdiagramms gering ist. Die geringe
Halbwertsbreite des Antennen-Strahlungsdiagramms verlangt nämlich eine möglichst
exakte Einstellung der Antenne, damit überhaupt von einem aktiven Objekt ausgesendete
oder von einem passiven Objekt reflektierte Signale empfangen werden können. Damit
verbunden sind entsprechende Schwierigkeiten in der Steuerungsanlage für die Einstellung
der Antenne u. dgl.
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Die bekannten Peilverfahren beruhen beispielsweise darauf, daß der
Fangreflektor durch mehrere Hornstrahler, also beispielsweise Hornstrahlergruppen,
angestrahlt wird, die wahlweise in Summe oder Differenz geschaltet werden können.
Ein weiteres bekanntes Verfahren beruht auf der Anwendung sogenannter Multimodestrahler,
bei denen im Hornstrahler sowohl die H11- als auch die E0,-Welle ausgekoppelt wird.
Bei der Auskopplung bzw. der Anregung mit der E0,-Welle entsteht im Antennendiagramm
eine Hauptkeule mit einem ausgeprägten Strahlungsminimum in der Hauptstrahlungsrichtung.
Durch einen Phasen-und Amplitudenvergleich läßt sich dann die Lage des anzupeilenden
Objektes feststellen.
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Mit diesen Verfahren läßt sich eine sehr feine Einpeilung der Antenne
erreichen. Zum Auffinden des Zieles und zur Grobeinweisung der Antenne ist jedoch
ein vergrößerter Peilbereich notwendig.
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Bei einem bekannten Verfahren wird die Vergrößerung des Peilbereiches
in der Weise vorgenommen, daß der Fangreflektor in der Achsrichtung des Hauptreflektors
verschoben wird. Dabei wird durch die Defokussierung der Strahl nicht ausgelenkt,
sondern verbreitert, wodurch ein quadratischer Phasenfehler entsteht und besonders
die neben der Hauptkeule auftretenden Antennenkeulen des Antennendiagramms stark
anwachsen, was zur Folge hat, daß die Minima im Antennendiagramm aufgefüllt werden
und eine Hauptkeule mit breitem Sockel entsteht. Dadurch werden die charakteristischen
Formen der Antennendiagramme sowohl bei der Auskopplung mit einer HU-Welle als auch
bei der Auskopplung mit einer E,1-Welle gewissermaßen verwaschen, was eine erhebliche
Verminderung der Wirksamkeit des Peilverfahrens zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden,
die es gestattet, diesen Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen.
Insbesondere soll eine Verbreiterung der Antennendiagramme erreicht werden, ohne
daß diese ihre prinzipiellen Formen verändern, wodurch mit Hilfe eines Pegel- und
Phasenvergleichs eine einwandfreie Peilung des aufzusuchenden Objektes möglich wird.
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Bei einer Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend
aus einem großen parabolischen Hauptreflektor, in dessen Scheitelbereich ein durch
den Paraboloidscheitel hindurchstrahlender Primärstrahler angeordnet ist, der über
einen im Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Fangreflektor den Hauptreflektor
ausleuchtet, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Fangreflektor
ein Abschirmzylinder vorgesehen ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser
des Fangreflektors ist, und daß dieser Abschirmzylinder in Richtung der Rotationsachse
des Hauptreflektors derart verschiebbar angeordnet ist, daß der Abschirmzylinder
durch Wahl seiner axialen Lage eine Einstellung der Strahlungsdiagrammbreite des
Fangreflektors ermöglicht.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Abschirmzylinder mit einer absorbierenden
Belegung versehen ist.
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Es ist ferner daran gedacht, daß der Abschirmzylinder an seiner dem
Hauptreflektor zugewandten Stirnseite als konisch abgeflachter Metallring ausgebildet
ist, und daß die Neigung der konischen Abflachung zumindest näherungsweise die durch
den Fangreflektor vorgegebene Kurvenform fortsetzt.
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Eine verhältnismäßig große Verbreiterung des Antennendiagramms läßt
sich vorteilhaft dadurch erzielen, daß der Abschirmzylinder mit mehreren an seiner
Innenwand drehbar gelagerten Sektorblechen versehen ist, die über ein Gestänge annähernd
senkrecht zur Zylinderwand herausklappbar sind und die auf der dann dem Hauptreflektor
zugewandten Seite mit einer absorbierenden Schicht belegt sind.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine sogenannte Cassegrain-Antenne,
wenngleich die Lehre nach der Erfindung auch bei anderen Spiegelsystemen, wie beispielsweise
dem Gregory-System, anwendbar ist. Diese beiden Spiegelsysteme unterscheiden sich
im wesentlichen darin, daß beim Cassegrain-System der maßgebliche Brennpunkt des
Fangreflektors auf der dem Hauptspiegel angewandten Seite des Fangreflektors liegt,
während dieser Brennpunkt beim Gregory-System sich in dem Raum zwischen dem Fangreflektor
und dem Hauptreflektor befindet.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen schematisch die erfindungsgemäße Anordnung
an Hand einer Cassegrain-Antenne. Die Cassegrain-Antenne besteht aus dem Hauptreflektor
1, dem Fangreflektor 2 und dem Speisehorn 3. Bekanntlich decken sich dabei die Rotationsachsen
5 des Haupt- und des Fangreflektors, und der Brennpunkt des Speisehorns liegt auf
dieser gemeinsamen Rotationsachse.
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Als die mechanisch einfachste Lösung zur vorübergehenden Verbreiterung
des Antennendiagramms ist eine Abschirmung der Randstrahlung durch einen verschiebbaren
Zylinder 4 anzusehen. Dabei bleibt der exakt angeordnete Fangreflektor 2 unverändert,
und ein leichter Metallzylinder kann vorübergehend über den Rand des Fangreflektors
vorgeschoben werden. Die Diagrammänderung erfolgt dadurch je
nach
der Stellung des verschiebbaren Zylinders 4
kontinuierlich. Normalerweise
liegt der Zylinder 4
hinter dem Fangreflektor 2 (l = 0). Die Beeinflussung
des Antennendiagramms ist dann sehr klein. Wird der Zylinder 4, wie in der
F i g. 2 gezeichnet, vorgeschoben, so nimmt der Durchmesser D, wie es in den F i
g. 1 und 2 durch den miteingezeichneten Strahlengang angedeutet ist, und damit die
wirksame Fläche des Hauptreflektors ab. Damit nimmt auch die Bündelung der Antenne
ab.
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Außer den durch Beugungserscheinungen am Rand bedingten Störungen
bleiben die Amplituden- und Phasenverteilungen am nicht abgedeckten Teil unverändert.
Das Strahlungsdiagramm entspricht daher einer verkleinerten Antenne, und die Nebenkeulen
steigen nur unwesentlich an. Der effektiv wirksame Durchmesser des Hauptreflektors
ist angenähert D = 4 F tg q9/2, wenn F die Brennweite und 99 der Randstrahlwinkel
ist. Dieser ergibt sich aus der Beziehung tg 99 = d/2 (l+ a) (F i
g. 2). Für die Halbwertsbreite ir im sogenannten HU-Diagramm, d. h. also bei Auskopplung
aus dem Hornstrahler 3 mit ler HU-Welle, gilt die Beziehung 7c = K1
- A/D Radian. (A = Wellenlänge) Der Faktor K1 hängt von der Aperturbelegung
ab; er ist 1 für eine konstante, und etwa 1,5 für eine am Rand stark abfallende
Belegung. Für ein Modell mit 3502 Durchmesser ergibt sich beispielsweise aus der
Messung: K1 = 1,3. Der Winkel 0 zwischen den beiden Maxima im sogenannten E"-Diagramm,
d. h. also bei Auskopplung aus dem Hornstrahler 3 mit der Eo; Welle, ist entsprechend
0 = KZA/D Radian. Der Faktor KZ beträgt 1,43 (maximale Energie am Rand) bis
2 (Nullstelle am Rand), und für das vorerwähnte Modell ist K, = 1,66. Der
Peilbereich ist proportional zu 0, wobei sich die Belegung etwas ändert und K2 bei
großer Abschirmung dem Wert 1,43 zustrebt. Ist 99, der Randwinkel des unabgedeckten
Hauptreflektors (l = 0), so ist das Verhältnis der Peilbereiche angenähert.
Mit p, = 90° (a = 0) und cp = 45° (I = d/2) ergibt sich beispielsweise
ein etwa verdoppelter Peilbereich. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren bleiben
dabei die Antennendiagramme sowohl bei Speisung der Hornantenne 3 mit der HU-Welle
als auch bei Speisung mit der &-Welle, wenn man von der gewollten Verbreiterung
absieht, in ihrer prinzipiellen Form erhalten, wodurch die Wirksamkeit des Peilverfahrens
erheblich verbessert wird.
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Um Störreflexionen zu vermeiden, ist es ferner günstig, den verschiebbaren
Abschirmzylinder auf seiner äußeren oder seiner Innenseite mit einer absorbierenden
Schicht zu belegen oder den Abschirmzylinder aus einem Ring, der aus einem wellenabsorbierenden
Material besteht, herzustellen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in der
F i g. 3 gezeigt, bei der nur mehr ein Ausschnitt des Fangreflektors 2 und
des Zylinders 4 zu sehen ist. Insbesondere ist es dabei zweckmäßig, die Stirnseite
des Zylinders als konischen Metallring 4' auszubilden, der den Reflektorrand
abschließt, wodurch in der Normalstellung des Zylinders (l = 0) die absorbierende
Schicht 6 völlig unwirksam wird und keinerlei Einfluß auf das Antennendiagramm hat.
Am zweckmäßigsten wählt man dabei die konische Abflachung des Metallringes
4' in der Weise, daß sie zumindest angenähert die durch den Fangreffektor
2 vorgegebene Kurvenform fortsetzt. Wird dieser konische Metallring mit dem Zylinder
4 in Richtung des Pfeiles 7 über den Fangreflektor 2 geschoben, so tritt
dabei die an Hand der F i g. 1 und 2 bereits erläuterte Wirkung der Verbreiterung
des Antennendiagramms auf. Bei einer festen Bakenfrequenz ist ein dünner Resonanzabsorber
verwendbar. Da die erforderlichen Genauigkeiten verhältnismäßig gering sind, kann
als Träger der absorbierenden Schicht 6 auch ein leichtes, aus Isoliermaterial bestehendes
zylindrisches Rohr benutzt werden.
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Verhältnismäßig große Änderungen des Antennendiagramms erfordern einen
verhältnismäßig langen Zylinder und damit auch größere Verschiebewege, wodurch der
motorische Antrieb und die Halterung des verschiebbaren zylindrischen Rohres komplizierter
werden. In solchen Fällen ist es empfehlenswert, den Zylinder in einzelne, übereinandergesetzte
Stücke aufzuteilen, welche teleskopartig verschiebbar sind. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, auf der Innenseite des verschiebbaren Zylinders mit Absorbermaterial
belegte Sektorbleche anzuordnen, die nach dem Vorschieben aufgeklappt werden. Eine
entsprechende Ausführungsform ist in der F i g. 4 gezeigt, bei der ein Ausschnitt
des Fangreflektors 2 sowie des verschiebbaren Zylinders 4 gezeichnet ist.
Das zylindrische Rohr 4 ist dabei entsprechend dem Ausführungsbeispiel der
F i g. 3 ausgebildet und an seiner Stirnseite mit dem konischen Metallring
4' versehen.
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Das zylindrische Rohr 4 ist an einer Haltestange 9 befestigt,
die zusammen mit dem Rohr in Richtung des Doppelpfeiles 10 verschiebbar ist.
An der Innenseite des konischen Metallringes 4 ist über ein Gelenk
11 ein Sektorblech 12 befestigt, das auf der dem Fangreflektor 2 abgewandten
Seite mit einer aus absorbierendem Material bestehenden Schicht 13 belegt
ist. Auch der Außenmantel des Rohres 4 ist mit einer weiteren absorbierenden
Schicht 14 belegt. In der F i g. 4b ist die Ansicht in Richtung des Pfeiles
15
von F i g. 4 a gezeichnet. Die Sektorbleche 12 sind über ein mit
Gelenken versehenes Gestänge 16 in Richtung des Pfeiles 17 drehbar. Dadurch
lassen sich die Sektorbleche 12 an den Innenmantel des zylindrischen Rohres
4 anlegen, und es kann der verschiebbare Zylinder 4 dann in seine
Normalstellung (I = 0) gebracht werden, wenn nach dem Auffinden des gesuchten Objektes
und der genauen Ausrichtung der Antenne ein Antennendiagramm mit möglichst geringer
Halbwertsbreite erwünscht ist.