DE1466295C3 - Hornparabolantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hornparabolantenne, bestehend aus einem trichterförmigen Teil mit einem sich stetig erweiternden quadratischen Querschnitt, einem die Strahlung bündelnden und umlenkenden Paraboloid-Ausschnitt, der am aufgeweiteten Ende des trichterförmigen Teils angeordnet ist und dessen Brennpunkt mit der Spitze des trichterförmigen Teils zusammenfällt, und einem Anregungssystem, das am spitzen Endes des trichterförmigen Teils angeordnet ist.

Antennen der vorbezeichneten Art sind beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 24 16 675 bekanntgeworden. In der Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«. Juli 1963, S. 1187 bis 1211, ist ferner eine Hornreflektorantenne beschrieben, bei der der trichterförmige Teil einen sich stetig erweiternden kreisförmigen Querschnitt hat, wodurch auch die Apertur kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Es sind also Hornparabolantennen Parabolaus-Schnittantennen, die in der Regel durch einen exzentrisch angeordneten Trichtererreger ausgeleuchtet werden. Wegen ihrer Breitbandigkeit werden sie häufig als sogenannte Richtfunktantennen zum Aufbau von Richtfunkstrecken verwendet, zumal auch der Antennengewinn und die Rückstrahldämpfung verhältnismäßig groß sind. Es lassen sich jedoch auch bei dieser Antennenart einige Nebenkeulen nicht völlig unterdrükken, und auch das Strahlungsdiagramm weist geringfügige Unsymmetrien auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten nach Möglichkeit abzuhelfen und den Aufbau einer Hornparabolantenne anzugeben, die in allen Ebenen ein nahezu gleichartiges Strahlungsdiagramm mit gleicher Bündelung und kleinen Nebenkeulen liefert.

Ausgehend von einer Hornparabolantenne, bestehend aus einem trichterförmigen Teil mit einem sich stetig erweiternden quadratischen Querschnitt, einem die Strahlung bündelnden und umlenkenden Paraboloid-Ausschnitt, der am aufgeweiteten Ende des trichterförmigen Teils angeordnet ist und dessen Brennpunkt mit der Spitze des trichterförmigen Teils zusammenfällt, und einem Anregungssystem, das am spitzen Ende des trichterförmigen Teils angeordnet ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der trichterförmige Teil derart angeordnet ist, daß eine seiner Diagonalen in Strahlungsrichtung weist und weiterhin das Speisungssystem derart angeordnet ist, daß im trichterförmigen Teil angeregte linearpolarisierte Wellen in Richtung einer Diagonalen des trichterförmigen Teiles polarisiert sind, und daß der Paraboloid-Ausschnitt einen in Strahlungsrichtung weisenden Rohransatz etwa rautenförmigen Querschnitts hat, dessen Querschnittsfläche — in Strahlungsrichtung gesehen — möglichst exakt eine Projektionsfläche des Paraboloid-Ausschnittes ist.

Es ist zwar aus der deutschen Auslegeschrift 10 27 260 eine Trichterantenne bekannt, bei der gegebenenfalls die im trichterförmigen Teil angeregten Iinearpolarisierten Wellen in Richtung einer Diagonalen polarisiert sein können, jedoch lassen sich den vorgenannten Literaturstellen keine Hinweise entnehmen, eine Hornparabolantenne in der angegebenen Weise zu realisieren.

Eine für die praktische Realisierung günstige Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Seitenwände des Ansatzes als ebene Wände ausgebildet sind.

Es ist hierbei vorteilhaft, wenn das Anregungssystem im Speisungspunkt des trichterförmigen Teiles derart angeordnet ist, daß die elektromagnetischen Wellen nach der Umlenkung in den rautenförmigen Ansatz vertikal polarisiert sind, oder wenn das Anregungssystem im Speisungspunkt des trichterförmigen Teiles derart angeordnet ist, daß die elektromagnetischen Wellen nach der Umlenkung in den rautenförmigen Ansatz horizontal polarisiert sind.
Zur Anregung elliptisch polarisierter Wellen ist es

günstig, wenn vom Speisesystem im trichterförmigen Teil zwei aufeinander senkrecht stehende Wellentypen erzeugt werden. Insbesondere lassen sich zirkulär polarisierte Wellen erzeugen, wenn die zwei aufeinander senkrecht stehenden Wellentypen gleiche Amplitude haben und gegeneinander um 90° phasenverschoben sind.

Ferner ist daran gedacht, eine derartige Antenne als Speisungsquelle einer Parabolantenne, insbesondere einer Cassegrain-Antenne mit der Einspeisung im Scheitel zu verwenden.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend noch näher erläutert.

In den F i g. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die F i g. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A von F i g. 1 zeigt. Die Antenne besteht im wesentlichen aus drei miteinander zu verbindenden Teilen, nämlich einem trichterförmigen Teil 1, einem Paraboloidausschnitt 2 und einem rohrförmigen Ansatz 3. Der trichterförmige Teil 1 ist so ausgebildet, daß er in jeder senkrecht zu seiner Längsachse verlaufenden Schnittebene quadratischen Querschnitt hat, der sich mit zunehmender Annäherung an den Paraboloidausschnitt 2 bzw. an den rohrförmigen Ansatz 3 stetig erweitert. Wie den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist, ist der quadratische Trichter 1 gegenüber der sonst bei Hornparabolantennen üblichen Bauweise um einen Winkel von 45° in seiner Längsachse gedreht. Die beiden entgegengesetzt zur Strahlungsrichtung liegenden Seitenflächen 4 werden bis zum Schnitt 5 mit dem Parabolreflektor 2 geführt. Die beiden in Strahlungsrichtung liegenden Seitenflächen 6 des Trichters endigen entsprechend den Seitenflächen 4. An den Kanten 7 und dem spitz zugeschnittenen Parabolreflektor 2 sind vier Abschirmwände 8 und 8' angesetzt. Um den Antennenwirkungsgrad nicht zu verkleinern, sind die Abschirmwände 8 und 8' derart miteinander verbunden, daß die von ihnen gebildete Fläche mit guter Annäherung eine Projektionsfläche des als Paraboloidausschnitt ausgebildeten Reflektors ist. Auf diese Weise entsteht eine etwa rautenförmige Apertur 9. Die Abschirmwände 8 und 8' weisen dabei, wie in der F i g. 2 gestrichelt angedeutet ist, eine leichte Krümmung auf. Zur einfacheren Herstellung können die Seitenwände 8 und 8' als ebene Wände ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Kante 7 eine gerade Linie. Vorzugsweise werden die Wände 8 als ebene Wände ausgebildet, da sie außerhalb der Projektionsfläche des Paraboloid-Ausschnittes liegen und somit bei ebener Ausbildung den Wirkungsgrad der Antenne nicht verschlechtern. Bei der Bemessung ist darauf zu achten, daß die Spitze 10 des Trichters 1 mit dem Brennpunkt des Paraboloid-Ausschnittes 2 zusammenfällt. Die Verlängerung'der Vorderkante (in Strahlungsrichtung liegende Kante) des Trichters 1 verläuft durch den Punkt 11', in dem sich die von den Abschirmflächen 8 und 8' gebildete Kante mit der einen Spitze des Paraboloid-Ausschnittes trifft. Die Verlängerung der von den Abschirmflächen 8 gebildeten Kante läuft durch den Punkt 11, in dem die andere Spitze des Paraboloid-Ausschnittes mit der von den Wänden 4 des Trichters gebildeten Kante zusammentrifft. Der Abstand zwischen den Punkten 11 und W soll groß gegenüber der Wellenlänge λ sein, zweckmäßig ist dieser Abstand größer als 10 · λ.

Im Brennpunkt 10 des Paraboloid-Ausschnittes 2 ist am Trichter 1 ein Erreger angeordnet, der zur besseren Übersicht in den Figuren nicht mehr dargestellt ist. Beispielsweise kann der Erreger aus einem Zuführungshohlleiter quadratischen Querschnitts bestehen. Der Erreger ist derart angeordnet, daß die im Trichter 1 in Richtung zum Paraboloid-Reflektor verlaufenden elektromagnetischen Wellen in Richtung einer Diagonalen des quadratischen Querschnitts polarisiert sind. In den F i g. 3 und 4 ist das Querschnittsbild des Trichters 1 entlang einer Schnittebene B bei Betrachtung in Richtung B-B gezeigt. Die Polarisation kann dabei — wie in der F i g. 3 gezeigt — durch die Richtung der Diagonalen vom Eckpunkt 12 zum Eckpunkt 14, oder — wie in der F i g. 4 gezeigt — durch die Richtung der Diagonalen vom Eckpunkt 13 zum Eckpunkt 15 bestimmt sein. Die im Brennpunkt 10 des Trichters 1 eingespeisten elektromagnetischen Wellen werden am Paraboloid-Reflektor 2 umgelenkt und gebündelt (s. Fig. 1) und verlassen den von den Abschirmwänden 8 und 8' gebildeten rohrförmigen Ansatz 3 entgegen der Richtung des Pfeils A. Diese Richtung bestimmt dann gleichzeitig die Strahlungsrichtung der Antenne. Wenn die Polarisation durch die Diagonale 12, 14 bestimmt ist, dann werden die sich im rautenförmigen Ansatz 3 fortpflanzenden Elektromagnetischen Wellen vertikal polarisiert, d. h. in Richtung der vertikalen Diagonale. Wenn hingegen die Polarisation durch die Diagonale 13, 15 bestimmt ist, dann sind die sich im rautenförmigen Ansatz 3 fortpflanzenden elektromagnetischen Wellen horizontal polarisiert, d. h. in Richtung der horizontalen Diagonale.

Mit Hilfe einer Polarisationsweiche ist auch ein gleichzeitiger Betrieb als Sende- und Empfangsantenne mit gekreuzten Feldern möglich.

Durch die gleichzeitige Anregung zweier aufeinander senkrecht stehender Wellentypen im trichterförmigen Teil 1 läßt sich eine elliptisch polarisierte Welle erzeugen. Insbesondere entsteht bei gleicher Amplitude und 90° Phasenverschiebung der aufeinander senkrecht stehenden Wellentypen eine zirkulär polarisierte Welle.

In analoger Weise läßt sich die Antenne auch als Empfangsantenne verwenden, wobei das Speisesystem als entsprechende Auskopplung wirkt.

Durch die Drehung des quadratischen Trichters um 45° und durch die diagonale Anregung in der Grundwelle entstehen gegenüber dem bisher verwendeten Hornparabolstrahler wesentlich andere Verhältnisse. Die Apertur ist angenähert rautenförmig statt trapezförmig, und die Feldverteilung in der Apertur ist in den beiden Hauptebenen gleichartig. Damit wird in allen Ebenen ein nahezu gleichartiges Strahlungsdiagramm mit gleicher Bündelung und kleinen Nebenkeulen erreicht.

Auf Grund der vorerwähnten Eigenschaften läßt sich eine gemäß den F i g. 1 und 2 ausgebildete Antenne vorteilhaft auch als Erregersystem einer Parabolantenne, insbesondere einer Cassegrain-Antenne mit der Einspeisung im Scheitel verwenden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in der F i g. 5 dargestellt. Im Scheitel eines parabolförmigen Hauptreflektors 18 ist die erfindungsgemäße Hornparabolantenne 19 angeordnet. Durch die am Hauptreflektor 18 befestigten Stützen 21 wird der Fangreflektor 20 im Brennpunkt des Hauptreflektors 18 gehaltert. Durch die weitgehend rotationssymmetrische Abstrahlung des Speisehorns der Antenne 19 wird der Fangreflektor und damit auch der Hauptreflektor gleichmäßig ausgeleuchtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hornparabolantenne, bestehend aus einem trichterförmigen Teil mit einem sich stetig erweiternden quadratischen Querschnitt, einem die Strahlung bündelnden und umlenkenden Paraboloid-Ausschnitt, der am aufgeweiteten Ende des trichterförmigen Teils angeordnet ist und dessen Brennpunkt mit der Spitze des trichterförmigen Teils zusammenfällt, und einem Anregungssystem, das am spitzen Ende des trichterförmigen Teils angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Teil (1) derart angeordnet ist, daß eine seiner Diagonalen (14, 12) in Strahlungsrichtung weist und weiterhin das Speisungssystem derart angeordnet ist, daß im trichterförmigen Teil (1) angeregte linearpolarisierte Wellen in Richtung einer Diagonalen (13, 15 bzw. 12, 14) des trichterförmigen Teils (1) polarisiert sind, und daß der Paraboloid-Ausschnitt (2) einen in Strahlungsrichtung weisenden Rohransatz (3) etwa rautenförmigen Querschnitts hat, dessen Querschnittsfläche — in Strahlungsrichtung gesehen — möglichst exakt eine Projektionsfläche des Paraboloid-Ausschnittes (2) ist.

2. Hornparabolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (8, 8') des Ansatzes (3) als ebene Wände ausgebildet sind.

3. Hornparabolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssystem im Speisungspunkt (10) des trichterförmigen Teils (1) derart angeordnet ist, daß die elektromagnetischen Wellen nach der Umlenkung in den rautenförmigen Ansatz (3) vertikal polarisiert sind.

4. Hornparabolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssystem im Speisungspunkt (10) des trichterförmigenTeils (1) derart angeordnet ist, daß die elektromagnetischen Wellen nach der Umlenkung in den rautenförmigen Ansatz (3) horizontal polarisiert sind.

5. Hornparabolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Speisesystem im trichterförmigen Teil (1) zwei aufeinander senkrecht stehende Wellentypen erzeugt werden.

6. Hornparabolantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei aufeinander senkrecht stehenden Wellentypen gleiche Amplitude haben und gegeneinander um 90° phasenverschoben sind.

7. Hornparabolantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Speisungsquelle (19) einer Parabolantenne (18), insbesondere einer Cassegrain-Antenne mit der Einspeisung im Scheitel.