DE1516015C3 - Aus einem großen Hauptreflektor und einem Erreger-Antennen-System bestehende Richtantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Rotationsparaboloids und einem Erreger-Antennen-System bestehende Richtantenne, die in einem Drehgestell angeordnet ist, das auf einem Grundsockel ruht und die Einstellung der Elevations- und Azimutlage der Richtantenne ermöglicht, und bei der außerdem die Apertur des Hauptreflektors durch eine wenigstens angenähert in der Form einer flachen Kugelkalotte nach außen ausgewölbte, wellendurchlässige Schale, welche am Außenrand des Hauptreflektors an einem Reifen verankert ist und aus dielektrischem Material geringer Wandstärke besteht, gegen Witterungseinflüsse abgedeckt ist.

Ein in dieser Art ausgebildete Richtantenne ist aus der US-PS 31 67 776 bekannt. Sie läßt sich vor allem als Bodenstations-Antenne für Satelliten-Empfang einsetzen, kann aber auch für Radarzwecke angewandt werden. Bei dieser bekannten Konstruktion ist die wellendurchlässige Schale zusätzlich noch an den äußeren Scheiben angebracht, die an ihren inneren Enden innen am Hauptreflektor befestigt sind und aus geschäumten Kunststoffmaterial bestehen. Diese Befestigungsweise für die Abdeckschale ist aufgrund der vielen stützenden und hinsichtlich ihrer Formgebung ganz individuell und maßgenau auszulegenden Scheiben verhältnismäßig aufwendig und bedingt auch aufgrund der Gleichmäßigkeit der Scheiben und des großen Anteils von Kunststoffschaummaterials vor dem Hauptreflektor eine erhebliche Verschlechterung der Strahlungscharakteristik gegenüber einer Richtantenne ohne Abdeckschale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Richtantennen der einleitend beschriebenen Art eine Abdeckschalenkonstruktion zu schaffen, die zum einen weniger aufwendig und zum anderen bessere Abstrahlungseigenschaften als die bekannte Antenne hat.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die wellendurchlässige Schale durch ein Metallskelett in facettenartige, durch Platten abgedeckte Teilflächen unterteilt ist, daß die Schale durch den die Radialkräfte der Schale aufnehmenden Reifen umfaßt ist, und daß die einzelnen Teilflächen die Form von Dreiecken haben, deren Lage und Form derart untereinander unterschiedlich sind, daß unter Vermeidung jeglicher Symmetrie die Beugungsstrahlung am Metallskelett möglichst gleichförmig über die gesamte Apertur verteilt ist.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß aus »Electronics World«, Juli 1964, Seiten 23 und 60, ein Radioteleskop bekannt ist, dessen Radom durch eine regelmäßig ausgeführte Metallkonstruktion gestützt wird und die gesamte Antenne kugelförmig umgibt. Die Metallkonstruktion unterteilt dabei die gesamte Radomkugel in facettenartige Teilflächen.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung beschrieben, die entweder einzeln oder in Kombination angewendet, werden können.

Der Bedeckungsfaktor der Schale durch das Metallskelett beträgt zwischen einem und drei Prozent.

Die einzelnen Streben des Metallskeletts haben, quer zur Schalenfläche betrachtet, Hochkantprofil, vorzugsweise von elliptischem oder rhombischem Querschnitt.

Die Kantenlängen der einzelnen dielektrischen Teilfächen betragen etwa zwei bis drei Meter bei einer Materialstärke in der Größenordnung von einem Millimeter bei Verwendung eines dielektrischen Materials nach Art von Fiberglas.

Die einzelnen Teilflächen sind für sich ebenfalls nach außen schwach gewölbt

Ein Gebläse ist vorgesehen, dessen Druckstutzen mit dem durch die Schale abgeschlossenen Innenraum des

Hauptreflektors verbunden ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird für die Antenne ein Drehgestell mit einer sogenannten vollkardanischen Aufhängung angewendet. Das ist ein Drehgestell, welches eine Drehung um eine Azimutachse und eine hierzu senkrecht orientierte Elevationsachse ermöglicht. Die Erfindung ist indes auch bei Antennen mit Drehgestellen anwendbar, bei denen eine sogenannte Cycloconiclagerung vorgesehen ist. Beispielsweise ist diese Art von Lagerung durch die US-PS 21 37 286 aus der Optik bekannt. Sie wird auch für Satelliten-Bodenstations-Antennen als geeignet angesehen.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist angenommen, daß es sich um eine ortsfeste Richtantennenanlage für Satelliten-Empfang handelt. Aus diesem Grund ist als Basis des gesamten Richtantennensystems ein Betonturm 1 vorgesehen. Der Betonturm 1 ist in seinem Inneren hohl und enthält darin einen Betriebsraum 2 und einen Maschinenraum 3. Auf einem Ansatz des Betonturms 1 ist ein Laufkranz 4 ~ für den Azimutdrehteil vorgesehen. Der Azimutdrehteil * 5 ist um die Azimutdrehachse 6 drehbar. Die Drehung geschieht mittels mehrerer Antriebsmotoren 7, die auf dem Betonturm L fest verankert sind und von denen in der Zeichnung nur einer sichtbar ist.

Auf dem Drehteil 5 ist die Drehlagerung für die Elevationsbewegung vorgesehen. Es sind dies zwei Zapfenlager, von denen nur das Lager 12 in der Zeichnung sichtbar ist. Der Antrieb für eine Bewegung des Hauptreflektors 17 um die Elevationsachse 18 erfolgt über Antriebsmotoren, die jeweils über ein Zahnrad das Antriebsrad bewegen. In der Zeichnung ist nur der Antriebsmotor 19 sichtbar.

Der Hauptreflektor 17 ist hinsichtlich seines Speisungssystems als sogenanntes Cassegrain-System ausgebildet. Zu diesem Zweck ist im Spiegelscheitel eine öffnung vorgesehen, durch die das abstrahlungsseitige Ende einer Hornparabel-Antenne besonderer Ausführung hindurchgestrahlt und zwar auf einen etwa hyperboloidförmigen Hilfsreflektor 20, der die von der Apertur der Hornparabol-Antenne im Sendefall ausgehende Strahlung auf den Hauptreflektor 17 so umlenkt, ) daß die von diesem ausgehende reflektierte Strahlung sich in der gewünschten Abstrahlungsrichtung, das ist die Rotationsachse des Hauptspiegels 17, in Form ebener Wellen ablöst.

Um eine derart ausgebildete Richtantenne hinsichtlich des Hauptreflektors und dessen Hilfsreflektor weitgehend unempfindlich gegen Witterungseinflüsse zu machen, ist die Apertur des Hauptreflektors 17 durch eine nach außen ausgewölbte, wellendurchlässige Schale 27 aus dielektrischem Material abgedeckt. Die Schale 27 hat wenigstens angenähert die Form einer flachen Kugelkalotte und besteht aus einem Metallskelett, dessen einzelne Streben facettenartige Teilflächen begrenzen, die mit dünnen Platten aus gut wellendurchlässigem dielektrischen Material ausgefüllt sind. Dies ist besonders deutlich aus der F i g. 2 erkennbar, die eine Vorderansicht auf die facettenartig unterteilte Schale 27 wiedergibt. Für diese Ausführung ist es wesentlich, daß mit Ausnahme des Zentrums der Schale die einzelnen Teilflächen die Form von untereinander möglichst unterschiedlichen Dreiecken haben, die außerdem in der Lage derart unterschiedlich zueinander angeordnet sind, daß unter Vermeidung jeglicher Symmetrie die Beugungsstrahlung am Metallskelett möglichst gleichförmig über die gesamte Apertur verteilt ist. Die Beugungsstrahlung erklärt sich daraus, daß z. B. im Sendefall die am Hauptreflektor 17 reflektierten Wellen beim Durchgang durch die Schale 27 an den einzelnen Metallstreben einer Beugung unterworfen sind.

Für die Schale 27 ist wesentlich, daß sie am Rand, wie aus der F i g. 1 deutlich erkennbar, durch einen die Radialkräfte der Schale 27 aufnehmenden Reifen 28 umfaßt wird. Vor allem bei frontal auf die Schale auftreffendem Winddruck wird die Schale auf Durchbiegung beansprucht, wodurch erhebliche, über die Streben übertragene Radialkräfte in den Randgebieten der Schale 27 auftreten. Durch die reifenartige Umfassung wird sichergestellt, daß selbst bei erheblichem Winddruck die Schale 27 ihre Grundform behält und praktisch nicht durchgebogen wird. Aus diesem Grund empfiehlt es sich auch, für die einzelnen Streben ein Hochkantprofil zu nehmen, dessen Höhenerstreckung senkrechtzur Schalenfläche liegt.

Wie Untersuchungen weiterhin gezeigt haben, ist es vorteilhaft, wenn der Flächenanteil — auf die gesamte Schalenfläche bezogen — der auf die Gesamtheit der Streben entfällt, wenige Prozent beträgt. Unter wenigen Prozent ist hierbei an einen Wert zwischen etwa 1 und 3 Prozent gedacht. Wie Untersuchungen weiterhin zeigten, ist es für eine Verminderung der erwähnten Beugungserscheinungen vorteilhaft, wenn die Streben ein schmales Rechteckprofil haben. Noch bessere Werte hinsichtlich Geringfügigkeit der Beugung lassen sich dann erreichen, wenn der Strebenquerschnitt elliptisch oder rhombisch gewählt wird. Beispiele hierfür sind in den F i g. 3 und 4 gezeigt. In diesen beiden Figuren ist auch gezeigt, wie in vorteilhafter, einfacher Ausführung die einzelnen dielektrischen Platten 29 der Schale 27 in den Streben gehalten werden können.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 und der F i g. 4 bestehen die Streben aus jeweils zwei Teilen 30, 31, auf deren Kopfseite die dielektrischen Platten 29 aufliegen. Die Platten 29 werden mittels bügelartiger Halteorgane 32, die in die Teile 30 und 31 eingelegt sind, gegen die Kopfseite der Streben angepreßt und in den Streben verankert, weil die Platten 29 seitlich nicht ausweichen können. Zur Abdichtung kann so, wie aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, ein Kunststoffgummi od. dgl. vorgesehen werden. Bei den Ausführungsbeispielen der F i g. 3 und 4 ist hierfür eine besondere Kammer 33 zur Aufnahme dieser Dichtungseinlage vorgesehen. Die Montage der in den Fig.3 und 4 gezeigten Ausführungsformen erfolgt in der Weise, daß die einzelnen Streben hinsichtlich ihrer Teile 30 und 31 zunächst geöffnet sind, daß auf die Teile 30, 31 die dielektrischen Platten 29 aufgelegt werden, so daß sie mit evtl. vorgesehenen Ansätzen in die Teile 30, 31 eingreifen unter Zwischenfügung der Teile 32. Dann werden die Teile 30,31 mittels einer Schraubverbindung 34 od. dgl. zusammengezogen. Falls erforderlich, wird vorher der Dichtungsgummi in die Kammer 33 eingelegt. Der Dichtungsgummi könnte auch im Auflagebereich der dielektrischen Platten 29 auf die Kopfseite der Teile 30,31 vorgesehen werden. Während beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4 das Teil 32 einteilig ist, besteht es beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 aus zwei einzelnen U-Profilen unterschiedlicher Schenkellänge.

Für die facettenartigen Teilflächen der Schale 27 hat es sich bei einem Durchmesser des Hauptreflektors 17 in der Größenordnung von 25 m als vorteilhaft erwiesen, die Kantenlängen der dielektrischen Teilflä-

chen zu etwa 2 bis 3 Meter zu bemessen, wenn eine Dicke für die Platten 29 gewählt wird, die in der Größenordnung von einem Millimeter liegt. Als vorteilhaftes Material für die Platten 29 der Schale 27 hat sich Fiberglas erwiesen. Die Streben erhalten dabei vorteilhaft Querschnittsabschnittsabmessungen, die denen in den F i g. 3 und 4 gezeigten Abmessungen maßstäblich etwa 1 :1 entsprechen. Durch einen derartigen Teilradom wird erreicht, daß das Trägheitsmoment der gesamten beweglichen Antennenkonstruktion durch den Teilradom praktisch nur unwesentlich erhöht wird und trotzdem ein guter Witterungsschutz sichergestellt ist.

In der F i g. 1 ist gestrichelt die Lage des Hauptreflektors 17 in einer Zenitstellung angedeutet. Um in dieser Stellung bei starkem Regen oder Schneefall zu vermeiden, daß sich auf den einzelnen dielektrischen Abdeckplatten 29 größere Feuchtigkeitsmengen nach Art kleiner Pfützen ansammeln, empfiehlt es sich, die dielektrischen Abdeckplatten 29 der facettenartig unterteilten Schale 27 jeweils für sich auch leicht auszuwölben. Diese Auswölbung ist ebenso wie die der Schale 27 nach außen auszurichten. Dadurch kann sich Wasser nur im Bereich der Streben ansammeln. Von dort fließt dann das Wasser längs der Streben zwangsläufig nach außen ab. Gegebenenfalls empfiehlt sich aus diesem Grunde auch eine Strebenkonstruktion, bei der die Platten 29 in der Nähe der Streben über die Vorderflächen der Streben 30, 31 hinaus nach außen geführt sind, so wie es beispielsweise in der F i g. 4

ίο gestrichelt angedeutet ist.

Um die Schale besonders leicht in ihrer Konstruktion ausbilden zu können, hat es sich fernerhin als vorteilhaft erwiesen, ein Gebläse vorzusehen, dessen Druckstutzen mit dem durch die Schale 27 abgeschlossenen Innenraum des Hauptreflektors 17 verbunden ist. Dadurch kann im Bedarfsfall in dem von der Schale 27 und dem Hauptreflektor 17 umschlossenen Raum ein leichter Innendruck hergestellt werden, der die Schale hinsichtlich des auf diese auftreffenden Winddruckes zumindest teilweise mechanisch entlastet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Rotationsparaboloids und einem Erreger-Antennen-System bestehende Richtantenne, die in einem Drehgestell angeordnet ist, das auf einem Grundsokkel ruht und die Einstellung der Elevations- und Azimutlage der Richtantenne ermöglicht, und bei der außerdem die Apertur des Hauptreflektors durch eine wenigstens angenähert in der Form einer flachen Kugelkalotte nach außen ausgewölbte, wellendurchlässige Schale, welche am Außenrand des Hauptreflektors an einem Reifen verankert ist und aus dielektrischem Material geringer Wandstärke besteht, gegen Witterungseinflüsse abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wellendurchlässige Schale (27) durch ein Metallskelett (30, 31) in facettenartige, durch Platten (29) abgedeckte Teilflächen unterteilt ist, daß die Schale (27) durch den die Radialkräfte der Schale (27) aufnehmenden Reifen (28) umfaßt ist, und daß die einzelnen Teilflächen die Form von Dreiecken haben, deren Lage und Form derart untereinander unterschiedlich sind, daß unter Vermeidung jeglicher Symmetrie die Beugungsstrahlung am Metallskelett (30, 31) mög-' liehst gleichförmig über die gesamte Apertur verteilt ist.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedeckungsfaktor der Schale (27) durch das Metallskelett (30,31) zwischen einem und drei Prozent beträgt.

3. Richtantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Streben des Metallskeletts (30, 31), quer zur Schalenfläche betrachtet, Hochkantprofil haben, vorzugsweise von elliptischen oder rhombischem Querschnitt.

4. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines dielektrischen Materials nach Art von Fiberglas für die Schale (27) die Kantenlängen der einzelnen dielektrischen Teilflächen etwa zwei bis drei Meter bei einer Materialstärke in der Größenordnung von einem Millimeter betragen.

5. Richtantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilflächen für sich ebenfalls nach außen schwach ausgewölbt sind.

6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse vorgesehen ist, dessen Druckstutzen mit dem durch die ' Schale (27) abgeschlossenen Innenraum des Hauptreflektors (17) verbunden ist.

7. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreger-Antennen-System aus einer im Scheitelbereich des Hauptreflektors (17) angeordneten Hornparabolantenne besteht, die durch den Scheitel des Hauptreflektors (17) hindurchstrahlt und über einen im Aperturbereich des Hauptstrahlreflektors (17) befindlichen Hilfsreflektor (20) den Hauptreflektor (17) ausleuchtet.