DE1466380C3 - Cassegrain-Spiegelantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Cassegrain-Spiegelantenne, bestehend aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Paraboloidausschnitts, einem durch eine öffnung im Paraboloidausschnitt hindurchstrahlenden Primärstrahler, der über einen im Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet, und einer Drehgestell-Lagerung, die derart ausgebildet ist, daß das Drehgestell um eine vertikale Drehachse drehbar ist, während die Antenne in das Drehgestell um eine schräge Drehachse eingesetzt ist, die mit der vertikalen Drechachse einen von 90° merklich abweichenden Winkel, vorzugsweise 45°, einschließt (sog. zyklokonische Lagerung).

Richtantennen dieser Art werden vor allem als ortsfeste Antennen für den Satellitenfunk eingesetzt. Der Hauptreflektor hat dabei häufig einen Durchmesser von über 20 m. Der an der Antenne auftretende Winddruck erfordert bei den meisten der derzeit üblichen Ausführungsformen wegen der erforderlichen hohen Konturgenauigkeit außergewöhnlich aufwendige und ein hohes Gewicht mit sich bringende Konstruktionen, wenn nicht ein sogenanntes Radom angewendet wird, das ist eine mittels Überdruck aufgeblasene Kunststoffhülle, die die gesamte Richtantenne mit einem gewissen Abstand umschließt. Aus elektrischen und auch betriebstechnischen Gründen ist es aber an sich wünschenswert, das Radom zu vermeiden, d. h. eine offene Bauform vorzusehen.

Aus »The Bell system Technical Journal«, September 1965, Seiten 1255—1257, ist eine offene Cassegrain-Spiegelantenne bekannt, die einen großen Hauptreflektor in Form eines unsymmetrischen Paraboloidausschnitts und einen durch eine öffnung des Hauptreflektors hindurchgeführten Hornstrahler aufweist, der über einen außerhalb des Abstrahiungsbereichs des Hauptreflektors liegenden Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet. Die Lagerung dieser bekannten Antenne erfolgt auf die sogenannte zyklokonische Weise. Diese besteht in einer Drehgestell-Lagerung, welche so ausgebildet ist, daß das Drehgestell um eine vertikale Drehachse drehbar ist, während die Antenne selbst in das Drehgestell um eine schräge Drehachse drehbar eingesetzt ist, die mit der vertikalen Drehachse einen Winkel von etwa 45° einschließt. Zum einen wird also bei dieser bekannten Antenne als Primärstrahler ein aufgrund seines Strahlungsprinzips schmalbandiger Hornstrahler verwendet und zum anderen ist der als Hauptreflektor vorgesehene Paraboloidausschnitt so ausgewählt, daß seine Achse außerhalb des Hauptreflektors liegt. Auf diese Weise wird die gesamte Antenne unsymmetrisch und die wirksame Apertur kleiner als die geometrische Apertur des Hauptreflektors. Wegen der Unsymmetrie wirken sich auch Parallaxenfehler voll aus, da zur Justierung der Antenne diese nach einem relativ nahe gelegenen Fixpunkt orientiert wird, während der tatsächlich anzupeilende Satellit weit entfernt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Cassegrain-Antenne, die mittels der sog. zyklokonischen Lagerung ausrichtbar ist, zum einen eine breitbandig arbeitende Hornparabolprimärspeisung einzusetzen, was vor allem bei Satellitenfunkantennen wegen der dort verwendeten, weit auseinanderliegenden Frequenzbereiche von Bedeutung ist, und zum anderen eine symmetrische Aperturbelegung des Hauptreflektors zu erzielen. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß die Verwendung von Hornparabolen zur Primärspeisung einer Cassegrain-Antenne aus »IEEE-Transactions on Antennas and Progagation«, November 1964, Seite 685, an sich bekannt ist.
Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Cassegrain-Spiegelantenne der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hauptreflektor rotationssymmetrisch ist und in seinem Scheitel die Apertur des als Hornparabolantenne ausgebildeten Primärstrahlers so angeordnet ist, daß sich die Achsen der Primärstrahler-Apertur und des Hauptreflektors decken, und daß der Trichterteil der Hornparabolantenne unter Verwendung eines Umlenkspiegels geknickt ist, derart, daß ihr speisungsseitiges Ende mit der schrägen Achse fluchtend über eine Drehkupplung mit der im Drehgestell ortsfest angeordneten Anschlußleitung für die an die Antenne anzuschaltenden Geräte verbunden ist.

Der Aufbau der Cassegrain-Spiegelantenne nach der Erfindung hat zwar Aperturabschattungen zur Folge, sei es durch den Hilfsreflektor oder durch das Tragegestänge, mit denen die Antennenanordnung nach der erwähnten Zeitschrift »The Bell System Technical Journal« nicht behatet ist. Allerdings wiegt dieser

Nachteil die Vorteile der erfindungsgemäßen Antenne nicht auf. Dadurch daß im Scheitel des rotationssymmetrischen Hauptreflektors die Aperturöffnung des Hornparabols liegt, befindet sich der Hilfsreflektor auf der Rotationsachse des Hauptreflektors. Diese zentrale Lage vor dem Hauptreflektor ermöglicht eine gleichmäßige Abstützung, welche eine hohe Stabilität der Lage des Hilfsreflektors gewährleistet. Es treten bei der dann möglichen symmetrischen Halterung des Hilfsreflektors keine Schwingungen dieses Reflektors auf, was auch bei starkem Sturm eine stets gleichbleibende Ausleuchtung des Hauptreflektors erbringt. Außerdem ist der Abschattungseffekt gerade bei großen ortsfesten Antennenanlagen von untergeordneter Bedeutung.

Zur Vermeidung von Peil- bzw. Zielfehlern, die allerdings durch Regeleinrichtungen in der Nachsteuerungseinrichtung der Cassegrain-Spiegelantenne ausgeglichen werden können, ist es zu empfehlen, sich die Azimutdrehachse mit der schrägen Drehachse und /oder der Rotationsachse des rotationssymmetrischen Hauptreflektors schneiden zu lassen. Für den Fall der Vermeidung sämtlicher Peilfehler sollten sich die Azimutdrehachse, die schräge Drehachse und die Hauptreflektorachse in einem Punkt schneiden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung in Form einer Seitenansicht und eines Teilgrundrisses dargestellt ist. Die Seitenansicht ist hierbei als Schnitt wiedergegeben.

Das eigentliche Richtantennensystem besteht aus einem Hauptreflektor 1, in dessen Brennbereich der Hilfsreflektor 2 in an sich bekannter Weise angeordnet ist. Der Hauptreflektor 1 wird von dem als Hornparabolantenne 3 ausgebildeten Primärstrahler über den Hilfsreflektor 2 im Sendefall ausgeleuchtet. Dieses Antennensystem ist über eine Versteifung bzw. Tragkonstruktion 4 über ein Rollentraglager 5 in das eigentliche Drehgestell drehbar eingesetzt. Eine insbesondere für die Elevationsausrichtung dienende Drehachse 6 verläuft schräg. Das Drehgestell selbst dient der Bewegung um die Azimutachse 7 und umfaßt zu diesem Zweck eine Tragkonstruktion 8, die zugleich der Aufnahme der Betriebsräume 9, 10 und 11 dient. In diesen Betriebsräumen sind beispielsweise die Sender und Empfänger der entsprechenden Satellitenbodenstation aufgestellt. Der untere Teil des Drehgestells ist über ein Tragrollenlager 12 auf das Hauptfundament 13 aufgesetzt, das beispielsweise bei größeren Anlagen als turmartiges Gebäude in Betonausführung hergestellt sein kann. Das Hauptfundament 13 kann jedoch auch eine entsprechende transportable Konstruktion sein, die im Einsatzfall über Stützen gegen den Erdboden stabil abgestützt wird. Die Bewegung des Drehgestelles um die Azimutachse 7 geschieht über einen Zapfen 14, der in dem Hauptfundament 13 mittels des Azimutlagers 15 drehbar eingelagert ist. Innerhalb des Hauptfundaments 13 ist das sogenannte Maschinenfundament 16 angeordnet, das an seiner oberen Begrenzung die Antriebsmotoren 17 trägt, die über ihre Antriebszahnräder das mit dem Drehzapfen 14 fest verbundene Antriebszahnrad 18 antreiben. Der Antrieb des Antennensystem um die schräge Achse 6 geschieht über Antriebsmotoren 29, die im Drehgestell angeordnet sind und über Zahnräder an einem entsprechenden Antriebsrad 30 in der Tragkonstruktion 4 angreifen. Die elektrischen Anschlüsse für die Antriebsmotoren, Geräte u. dgl. sind über eine an sich bekannte Kabelspirale 31 geführt, die sich im Maschinenfundament 16 befindet. Um die Stellung der gesamten Richtantenne, bezogen auf die Azimutachse 7 und die schräge Achse 6, festeilen zu können, sind

ίο sogenannte Datenräder 19 und 20 vorgesehen, die mit der Tragkonstruktion 4 bzw. dem Drehzapfen 14 starr verbunden sind und über Abnahmeorgange 21 bzw. 22, z. B. Drehmelder entsprechende Daten an die nicht dargestellte Steuerzentrale der gesamten Bodenstation geben. Zum besseren Verständnis ist strichpunktiert noch die Lage des Rotationsparaboloids samt seiner Tragkonstruktion in der Ausrichtung auf einen genau über der Richtantenne liegenden Punkt angedeutet.

Die Hornparabolantenne 3, die den Primärstrahler bildet, ist mit ihrem speisungsseitigen Ende so geführt, daß sie in diesem Bereich mit der schrägen Achse 6 fluchtet. Dies ist wesentlich, weil dann, wie in der Zeichnung gezeigt, in dem Speisungsbereich eine Drehkupplung 23 eingefügt werden kann, die es ermöglicht, den zu den nicht dargestellten Geräten führenden Anschlußleitungsteil 24 im Drehgestell starr zu verankern, unabhängig von der Stellung der Richtantenne um die schräge Achse 6.

Beim Ausführungsbeispiel ist diese fluchtende Führung des speisungsseitigen Endes 25 mit der Anschlußleitung 24 dadurch erreicht, daß der Hornteil der Hornparabolantenne 24 gegenüber den üblichen Ausführungsformen von Hornparabolantennen im unteren Bereich abgeknickt und dort ein Spiegelungssystem eingefügt ist, das einen ebenen Spiegel 26 umfaßt. Es ist auch daran gedacht, lediglich durch Einfügung eines Krümmers oder Winkelstücks in den Speisungstrichter des Hornparabols das Fluchten von Elevationsachse und Achse des anschlußseitigen Endes sicherzustellen.

Die Halterung des Hilfsspiegels 2 im Hauptreflektor geschieht beim Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise mittels Streben, beispielsweise vier Streben, die so ausgeführt sind, daß jegliche Schwingungen des Hilfsreflektors gegenüber dem Hauptreflektor auch bei stark böigem Wind mit Sicherheit ausgeschlossen sind. Die Streben sind in der Zeichnung mit 27 bezeichnet. Um eine störende Vereisung zu vermeiden, empfiehlt es sich, die öffnung der Hornparabolantenne 3, die durch einen entsprechenden Durchbruch im Scheitel des Hauptreflektors 1 hindurch auf den Hilfsreflektor 2 gerichtet ist, mittels dielektrischen Materials wellendurchlässig abzuschließen. In der Zeichnung ist dies durch eine dielektrische Abschlußkappe 28 angedeutet. Um den Hauptreflektor 1 eisfrei zu halten, bzw. um unerwünschten Schneeansatz bei Betrieb ohne Radom zu unterbinden, empfiehlt es sich, diesen von der Seite der Tragkonstruktion 4 her aufzuheizen. Das kann mittels eines Warmluftstromes oder elektrischer Heizvorrichtungen, die gut wärmeleitend mit dem Hauptreflektor verbunden sind, geschehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Cassegrain-Spiegelantenne, bestehend aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Paraboloidausschnitts, einem durch eine öffnung im Paraboloidausschnitt hindurchstrahlenden Primärstrahler, der über einen im Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet, und einer Drehgestell-Lagerung, die derart ausgebildet ist, daß das Drehgestell um eine vertikale Drehachse drehbar ist, während die Antenne in das Drehgestell um eine schräge Drehachse drehbar eingesetzt ist, die mit der vertikalen Drehachse einen von 90° merklich abweichenden Winkel, vorzugsweise 45° einschließt (sog. zyklokonische Lagerung), dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (1) rotationssymmetrisch ist und in seinem Scheitel die Apertur des als Hornparabolantennne (3) ausgebildeten Primärstrahlers so angeordnet ist, daß sich die Achsen der Primärstrahler-Apertur und des Hauptreflektors (1) decken, und daß der Trichterteil der Hornparabolantenne (3) unter Verwendung eines Umlenkspiegels (26) geknickt ist, derart, daß ihr speisungsseitiges Ende (25) mit der schrägen Achse (6) fluchtend über eine Drehkupplung (23) mit der im Drehgestell ortsfest "angeordneten Anschlußleitung (24) für die an die Antenne anzuschaltenden Geräte verbunden ist.

2. Cassegrain-Spiegelantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die schräge Achse (6) und/oder die Azimutachse (7) und/oder die Rotationsachse des rotationssymetrischen Hauptreflektors (1) schneiden.

3. Cassegrain-Spiegelantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die drei Achsen in einem Punkt schneiden.

4. Cassegrain-Spiegelantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgestell zugleich der Aufnahme der Betriebsräume (9,10,11) tür die an die Antenne anzuschaltenden Geräte dient.