DE1516822C3 - Horn- oder Hornparabolantenne kreisförmigen Querschnitts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Horn- oder Hornparabolantenne kreisförmigen Querschnitts für lineare Polarisation, in deren einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Anschlußhohlleiter eine der Peilung und/oder Nachführung dienende und hierfür die H₁₁- und H₂₁-Wellentypen im Anschlußhohlleiter auswertende Auskoppelvorrichtung vorgesehen ist, die bei Abweichungen der Peilrichtung von der Richtung zum anzupeilenden Objekt über Phasendetektoren ein dem räumlichen Abweichungswinkel proportionales Ausgangssignal abgibt, und in einer Querschnittsebene zwei um 45° versetzte Koppelmittel für den H₂₁-Wellentyp aufweist und welche Antenne mit einer Einrichtung zur Polarisationsnachführung versehen ist.

Antennen dieser Art werden bekanntlich als Empfangsantennen in Satelliten-Bodenstationsantenncn angewendet. Dabei kann die Hornparabolantenne oder der Hornstrahler auch als Primärstrahler einer großen Parabolspiegelantenne vor allem nach dem Cassegrain-Prinzip dienen. Bei Antcnnenanlagen dieser Art kommt es darauf an, das gesamte Antennensystem möglichst exakt auf den sehr weit entfernten Satelliten bzw. dessen Sender auszurichten, um ein Maximum an Empfangslcistung sicherzustellen. In diesem Zusammenhang ist durch die französische Patentschrift 1423 109 bereits eine Hornantenne kreisförmigen Querschnitts für lineare Polarisation bekannt geworden, in deren einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Anschlußhohlleiter eine der Peilung und/oder Nachführung dienende und hierfür die H₁₁- und Ητ,-Wellentypen im Anschlußliohlleitcr auswertende Auskoppelvorrichtung vorgesehen ist. Dabei gibt bei Abweichung der Peilrichtung von der Richtung zum anzupeilenden Objekt die Auskoppelvorrichtung über Phasendetektoren ein dem räumlichen Abweichungswinkel proportionales Ausgangssignal ab. Der Anschlußhohlleiter weist hierzu

ίο in einer Querschnittsebene zwei um 45° versetzte Koppelinittel für den //_2I-Wellentyp auf und es ist die gesamte Antenne mit einer geeigneten Einrichtung zur Polarisationsnachführung versehen. Bei dieser bekannten Antenne werden jedoch die zur An-Wendung kommenden Filter auf Grund der Bildung von Summensignalen aus den ausgekoppelten Signalen und auf Grund der Tatsache, daß beide Wellentypen in den gleichen Koppelöffnungen ausgekoppelt weiden, verhältnismäßig kompliziert und es läßt sich außerdem nicht die maximale Empfindlichkeit der Gesamtanordnung erreichen, weil für den Ort der Koppelanordnungen ein Kompromiß geschlossen werden muß zwischen den im kurzgeschlossenen Hohlleiter auftretenden Maxima für die H₁₁- und die H₂₁-WeIIe. Dies schränkt die Breitbandigkeit der Gesamtanordnung ein, wenn in Betracht gezogen wird, daßz'ukünftigdie Bakenfrequenzen über einen größeren Frequenzbereich verteilt werden sollen, wenn eine größere Anzahl von Nachrichtensatelliten Anwendung findet. Ein ähnliches Problem, zu dessen Lösung die Erfindung ebenfalls Anwendung finden kann, ist außerdem bei Radaranlagen gegeben, bei denen sozusagen das reflektierende ferne Objekt an die Stelle des Senders einer Satelliten-Nachrichtenverbindung «ritt.

Bei einer Richtantenne der einleitend geschilderten Art wird den erwähnten Schwierigkeiten gemäß der Erfindung dadurch begegnet, daß der Anschlußhohlleiter einen von der Antenne aus sich im Durchmesser verjüngenden Abschnitt hat, in dessen der Antenne benachbarten ersten Bereich der Durchmesser noch so groß gewählt ist, daß sich bei der Peilfrequenz darin der H₂₁-WcIIentyp ausbilden kann, während in dem der Antenne abgewandten zweiten Bereich der Durchmesser so viel geringer ist, daß sich darin nur mehr der H₁ !-Wellentyp ausbilden kann, daß die um 45° versetzten Koppelmittel nur den H₂j-Wellentyp auskoppeln und im ersten Bereich angeordnet sind, während im zweiten Bereich ein Koppelinittel für den H₁ ,-Wellentyp vorgesehen ist.

Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die Verjüngung des sich an die Antenne anschließenden Abschnittes stetig ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispicls näher erläutert.

Bei einer Peilung mit dem H₂₁-Wellentyp kann von folgenden Überlegungen ausgegangen werden.

Die H₂₁-WeIIe ist eine transversalelektrische Welle mit dem Eigenwert 2πα/λ_€ = 3,054, wobei· X_c die Grenzwellenlänge und α der Hohlleiterradius sind. Sie liegt somit in ihrer Grenzwellenlänge unter der E₀₁-Welle {2πα/λ₍ = 2,405) und über der H₀₁-WeIIe (2na/X_c = 3,832). Das E-FeId der H₂₁-WeIIe in der Öffnungsebene eines Rundhohlleiters erzeugt im ferneu Außcnraum ein Strahlungsfeld, das in Richtung der Hohlleiterachsc ζ eine Nullstelle hat (Fig. 1).

Trifft umgekehrt eine ebene Wellenfront unter einem räumlichen Winkel auf das offene Ende eines

Rundhohlleiters auf, so wird bei entsprechender Wahl der Querschnittsabmessungen im Hohlleiter unter anderem ein transversalelektrisches Feld mit einer Nullstelle in Richtung der Hohlleitcrachse angeregt, das sich in zwei in derTransvcrsalebene um 45° versetzte W₂ ,-We I Ie η type η zerlegen läßt. Bei einer Winkelauslenkung in der durch den Polarisationsvektor und die Strahlrichtung gebildeten Ebene wird in der Hohlleitcrapertur ein elektrisches Transversalfeld angeregt, das mit einer H₂₁-WeNe verkettet gedacht werden kann. Bei Auslenkung in der dazu senkrechten Ebene werden dagegen axiale Magnetfeldkomponcntcn angeregt, die einer in der Querschnittsebene des Hohlleiters um 45° gedrehten H₂₁-WeIIe zugeschrieben werden können (Fig. 2). Die Fig. 2 a zeigt die Anregung der /Z₂₁-WeIIe bei Auslenkung in der E-Ebene (Elevationsauslenkung bei vertikaler Polarisation). Die Fig. 2b zeigt die Anregung der Zi₂₁-WeIIe bei Auslenkung in der //-Ebene (Azimutauslenkung bei vertikaler Polarisation).

Eine Auskopplung der bei azimutaler Auslenkung der vertikal polarisierten Bake angeregten /Z₀₁-Welle wird verhindert durch Anordnung der Längsschlitze in einem Bereich, in dem die /Z₀₁-WeIIe nicht mehr ausbreitungsfähig ist. Dadurch wird zusätzlich gewonnen, daß zur eindeutigen Auskopplung einer /Z₂₁-Komponente statt vier alternierend gegenphasige Auskoppelelemente bereits zwei gegenüberliegende gleichphasige Auskoppelelemenle genügen. Im Gegensatz hierzu sind zur eindeutigen Auskopplung der /Z₀₁-WeIIe stets vier entlang des Hohlleiterumfangs gleichmäßig verteilte Spannungselemente notwendig, die gleichphasig in einer Summenschaltung zusammengeführt werden. Etwaige //^-Komponenten können dadurch eliminiert werden.

Weitere Vorteile der /Z₂₁-WeIIe sind die gemeinsame Lage der Kurzschlußebene für die beiden um 45° versetzten //^-Komponenten im aperiodischen Ausbreitungsbereich des konisch verjüngten Hohlleiters. Eine Breitbandausführung wird dadurch wesentlich vereinfacht und schließlich ergibt sich eine bessere Übereinstimmung der beiden Peilminima.

Da die /Z₂₁-WeIIe nicht rotationssymmetrisch ist, ist eine eindeutige Peilung nur möglich, wenn die Koordinatensysteme des Kopplers und des Polarisationsvektors übereinstimmen. Bei einer Drehung des Polarisationsvektors wird nämlich das ausgekoppelte Fehlersignal selbst eine Funktion des Drehwinkels und die erhaltene Information damit nicht mehr eindeutig. Es läßt sich jedoch durch Auskopplung der für den Amplituden- und Phasenvergleich sowieso notwendigen H_11x- und /Z_n -Komponente die Größe und Richtung der Drehung des Polarisationsvektors mit einfachen Mitteln feststellen und danach der Koppler entsprechend nachdrehen.

Die H_11x- und //,^.-Komponenten können entweder getrennt oder zusammen mit den //^-Komponenten ausgekoppelt werden. Im letzteren Fall erfolgt die Trennung der /Z₁₁-WeIIe von der H₂₁-WeIIe zweckmäßig durch geeignete Brückenschaltungen.

Eine weitere Möglichkeit zur Elimination der Polarisationsabhängigkeit ist, bei fest angeordnetem Koppler entsprechend der aus der H_11x- und H_Uy-Komponcntc gewonnenen Größe und Richtung der Polarisationsdrehung die Fchlersignalc für die Auslenkung in Elevation und Azimut so zu bedampfen - beispielsweise durch Einführen von regelbaren berechneten Dämpfungselementen in die an den Rundhohlleiter angekoppelten vier Hohlleiter nach dem Prinzip des Präzisionsdämpfers —, daß scheinbare Rotationssymmetrie der //^-Energieverteilung im Hohlleiter und damit der /Z₂₁-Fehlersignalgabe erreicht wird. Damit sind grundsätzlich Möglichkeiten gegeben, die auch ein /Z₂₁-Nachführsystem unabhängig von einer Drehung des Polarisationsvektors der Bake machen.

In der Fig. 3 ist ein Hornstrahler 1 gezeigt, der in

ίο einen Rundhohlleiter 2 übergeht, der sich im Durchmesser konisch vermindert. Die Peilachse des Hornstrahlers ist strichpunktiert eingetragen. Weiterhin ist je ein Koppelöffnungspaar 3,4 sichtbar. Die Koppelöffnungen 3, 4, welche die Form von in Richtung der Hohlleiterlängsachse verlaufenden Schlitzen haben, liegen einander gegenüber. Das zweite Koppelöffnungspaar 5, 6 besteht ebenfalls aus zwei hierzu gleichartigen Koppelöffnungen, die umfangsmäßig um 45° gegen 3, 4 versetzt ebenfalls einander gegenüberlicgen. Es sind damit die Verhältnisse realisiert, die an Hand der Fig. 2 vorstehend erläutert wurden. Anden Hohlleiterabschnitt 2 schließt sich ein weiterer Hohlleiterabschnitt 7 an, dem gegenüber der Hohlleiterabschnitt 2 vorzugsweise um die Peilachse verdrehbar ist. Dieser Hohlleiterabschnitt 7 soll den H₁ ,-Koppler enthalten, der von an sich bekannter Bauart sein kann und deshalb nicht näher erläutert wird. Hinter dem im Abschnitt 7 gelegenen H_n-Koppler setzt sich der Anschlußhohlleiter fort in Form eines Hohlleiterteiles 8, das zu den an den Hornstrahler 1 anzuschließenden Geräten für die Nachrichtenverarbeitung führt.

Die Entnahme einer Ausgangsspannung über die Koppelschlitze 3, 4, 5, 6 geschieht vorteilhaft durch Einsätze, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind. Die Fig. 4 zeigt hierbei die Schrägansicht eines solchen Einsatzes, von dem die Fig. 5 einen Schnitt in einer Querschnittsebene des Hohlleiters 2 wiedergibt. Der einzelne Einsatz besteht aus einem Hohlleiter rechteckigen Querschnitts, dessen Hohlleiterachse in Radialrichtung, bezogen auf den Hohlleiter 2, verläuft. Dieser Hohlleiter hat an seiner einen Stirnseite eine Koppelöffnung, deren Breitenabmessung ist besonders deutlich aus der Fi g. 5 erkennbar und die der Breitenabmessung der Koppelschlitze entspricht, die in der F i g. 3 schematisch angedeutet sind. Der Hohlleiter 9 ist mit einer Koaxialleitungsauskoppelvorrichtung an sich bekannter Weise versehen. Diese Auskoppelvorrichtung besteht aus einer kapazitiv wirkenden Sonde 10, der ein Abgleichstempel 11 gegenüberliegt. Diese Sonde ist in an sich bekannter Weise etwa eine viertel Wellenlänge von einer Kurzschlußwand 12 des Hohlleiters 9 entfernt. Über die Koaxialleitung kann dann die Ausgangsspannung für den bereits erläuterten Phasenvergleich entnommen werden. Hierzu ist es allerdings erforderlich, je eine solche Koppeleinrichtung an den Stellen 3, 4 (F i g. 3) vorzusehen und diese beiden Koppeleinrichtungen über elektrisch gleich lange Leitungen zu einer weiterführenden gemeinsamen Leitung zusammenzufassen. Wichtig ist, daß die aus 3 und 4 stammenden Wellenantcile gleichphasig zusammengefaßt werden. Sinngemäß ist diese Ausbildung auch für die Koppeleinrichtungen an den Stellen 5 und 6 anzuwenden. Die aus den Koppelstellen 3, 4 kommende gemeinsame Leitung wird dann einem ersten Phasenvergleicher zugeführt, der als weitere Eingangsleitung die vom H₁ ,-Koppler im Hohlleiterabschnitt 7 kommende

Leitung hat. Das Ausgangssignal dieses ersten Phasenvergleichers ist die eine der gewünschten Teilgrößen. In einem zweiten Phasenvergleicher, der ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist, wird die aus den Koppelstellen 5, 6 kommende gemeinsame Leitung ebenfalls mit der aus 7 kommenden Leitung zusammengefaßt und dieser zweite Phasenvergleicher gibt dann das zweite geforderte Teilsignal. Durch Kombination dieser beiden Teilsignale können Nachregelspannungen u.dgl. erhalten werden.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3,4 und 5 werden die Abmessungen der Koppelschlitze 3, 4, 5 und 6 somit durch eine entsprechende öffnung in der Stirnseite des Hohlleiters 9 bestimmt und der Hohlleiter 2 muß demzufolge jeweils nur eine Ausnehmung haben, in die der Hohlleiter 9 bündig einsetzbar ist. Die Befestigung des Hohlleiters 9 kann mittels der angedeuteten Hohlleiterflansche am Rundhohlleiter 2 erfolgen. Die äußere Stirnfläche des Rundhohlleiters 9 sollte sich dabei möglichst bündig in die Innenwand des Rundhohlleiters 2 einfügen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Horn- oder Hornparabolantenne kreisförmigen Querschnitts für lineare Polarisation, in deren einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Anschlußhohlleiter eine der Peilung und/oder Nachführung dienende und hierfür die H₁₁- und H₂₁-Wellentypen im Anschlußhohlleiter auswertende Auskoppelvorrichtung vorgesehen ist, die bei Abweichungen der Peilrichtung von der Richtung zum anzupeilenden Objekt über Phasendetektoren ein dem räumlichen Abweichungswinkel'proportionales Ausgangssignal abgibt, und in einer Querschnittsebene zwei um 45° versetzte Koppelmittel für den H₂₁-Wellentyp aufweist und welche Antenne mit einer Einrichtung zur Polarisationsnachführung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußhohlleiter einen von der Antenne (1) aus sich im Durchmesser verjüngenden Abschnitt (2) hat, in dessen der Antenne benachbarten ersten Bereich der Durchmesser noch so groß gewählt ist, daß sich bei der Peilfrequenz darin der H₂₁-Wellentyp ausbilden kann, während in dem der Antenne abgewandten zweiten Bereich der Durchmesser so viel geringer ist, daß sich darin nur mehr der H_u-Wellentyp ausbilden kann, daß die um 45° versetzten Koppelmittel (3, 4; 5, 6) nur den H₂₁-Wellentyp auskoppeln und im ersten Bereich angeordnet sind, während im zweiten Bereich ein Koppelmittel für den //,,-Wellentyp vorgesehen ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung des sich an die Antenne (1) anschließenden Abschnittes (2) stetig ist.