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Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen
| Die Erfindung betrifft eins Richtantennenanordneg für sehr |
| kurze elektromagnetische Wellen nach Art einer in der Azimut- |
| und der Blevationsebene schwenkbaren Gassegraiu-Antenne,
be- |
| stehend aus einem rotationssymmetrischen paraboloidföx*iaen |
| :großen Hauptreflektor, durch den ein im Soheitglbereich
ange- |
| braohtex Hornpep; dbol a1R Xrnpretrahler j%trhatitr |
über einen eich
im Aperturbereioh
den Hauptreflektors
befind-
lichen Fangreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet.
Richtantennenanordnungen
der vorbezeichneten
Art werden vor-
wiegend in Bodenstationen in
Satellitenfunkverkehr verwendet.
Zur Erzielung eines hohen Antennengewinnes
müssen diese Anten-
nen verhältnismäßig große mechanische Abmessungen haben.
Darüber-
hinaus ist es erforderlich, diese rauscharmen Antennen in der
Weise
auszubilden, daß das Antennendiagramm
bei einer sehr
scharfen Richtcharakteristik
nur kleine Nebenzipfel und eine
hohe Rückwärtsdämpfung aufweist.
Bei den bekannten Antennen sind
die für den Betrieb erforderlichen
hochfrequenten
Geräte, wie
beispielsweise empfindliche Empfänger,
die in der Regel als
parametrische Veretärkereinrichtungen
mit Stickstoff-
oder
Heliumkühlung ausgebildet
sind, im allgemeinen unmittelbar am
Speisehorn
angebracht. Beider Drehbewegung der Antenne müssen
demzufolge die gesamten
hochfrequenten
Geräte mitgeführt
werden.
Eine Folge davon ist, daß
die Wartung und die Versorgung dieser
Geräte einen erheblichen zusätzlichen
technischen Aufwand be-
dingt, wenn
ein einwandfreies Funktionieren
der gesamten Anord-
nung gewährleistet Lein
soll. -
Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde,
den vorerwähnten
| Schwierigkeiten in verhältniegiaig einfacher Weine
zu begegnen: |
| @thberA@I@"@1 mo@t d,"ii u,;ä" .einer ßioht*gtersnenanord- |
| y 1. f |
| . Ihütosefst ve.t'kd'=`d#r:gedästs letrberaurn mit |
sämtlichen erforderlichen Geräten in Ruhe bleibt, und bei der gleichzcitig
exzentrische Lagerungen der an sich ein verhältnismäßig hohes Gewicht aufweisenden
Richtantenne weitgehend vermieden vrerden.
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Ausgehend von einer Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische
1'lcilen nach Art einer in der Azimut- und der Elevationsebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne,
bestehend aus einen rotationssymmetrischen, paraboloidförnigen Hauptreflektor, durch
den ein im Scheitelbereich angebrachter Hornparabol als Erregerstrahler hindurchstrahlt,
der über einen sich im Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Fangreflektor
den Hauptreflektor ausleuchtet, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise
gelöst, daß im Hornparabol vier Umlenkspiegel vorgesehen sind, von denen einer parab:;lisch
und drei eben geformt sind, daß die Achse des konischen Hornteiles des Hornparabols
in Zenitstellung mit der Achse des Hauptreflektors zusammenfällt, die gleichzeitig
die Azimut-Drehachse darstellt, und daß zwischen zwei Umlenkspiegeln, deren Verbindungsachse
senkrecht auf der Azimut-Drehachse steht und die Elevationsachse darstellt, eine
Hochfrequenzdrehkupplung angeordnet ist. Hierbei ist es weiter vorteilhaft, vienn
im konischen Hornteil des Hornparabols eine Hochfrequ.enzdrehkupplung angeordnet
ist, derart, daß an der Spitze des Hornparabols angeschlossene Geräto
bei
Azimut- und Blevationsbewegung der Antenne in Ruhe bleiben.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungebeispiels noch
näher erläutert.
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Die Figur zeigt schematisch im Schnitt eineSichtantennenanordnung,
die in der Art einer in der Azimut- und der Elevationsebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne
ausgebildet ist, und bei der der Hauptreflektor in der Zenitstellung steht. Die
Richtantennenanordnung besteht aus einem rotationssymmetrischen, paraboloidförmigen
Hauptreflektor 11, einem Fangreflektor 12 und einem Erregerstrahler 9, der in Form
eines.Hornparabols ausgebildet ist und der in einen Detrieberaum 6 einmündet. In
der Zeichnung sind noch schematisch die Stützkonstruktionen 13 für den Hauptreflektor
11 sowie die Stützen 14 für den Fangreflektor 12 gezeichnet. Der Hornparabol 9,
der den Hauptreflektor 11 in dessen Scheitelbereich durchbricht, ist mehrfach gefaltet
und steht über das konische Hornteil 10 mit dem Betriebsraum 6 in Verbindung. Im
Betriebsraum 6 können die für eine Hochfrequenzverbindung erforderlichen Geräte
in an sich bekannter Weise untergebracht werden. Zur Faltung des Hornparaboles 9
sind vier Umlenkspiegel 1, 2, 3 und 4 vorgesehen, die die elektromagnetischen Wellen
jeweils um 900 in der Fortpflanzungsrichtung umlenken. Die Längsachse 16
des konischen Hornteiles 10 des Hornparabols
g bildet gleichzeitig
die vertikale Drehachse, um-die sich die Antenne bei azimutaler Bewegung dreht,
wie es durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Die Faltung des Hornparabols 9,
d.h. also im wesentlichen die Anordnung der Umlenkspiegel 1 bis 4 ist dabei derart
gewählt, daß die Achse des Hauptreflektors 11 in dessen Zenitatellung mit der Achse
des konischen Hornteiles 10 zusammenfällt.' Auf diese Weise liegt in der Zenitstellung
des Hauptreflektors 11 sein Schwerpunkt zumindest näherungsweise in der Achse 16,
die gleichzeitig die Drehachse bei azimutaler Betregung der Antenne bildet. Dadurch
wird eine nahezu zentrische Lagerung des Hauptreflektors 11 in der Zenitstellung
und gleichzeitig eine Verkleinerung des Drehkreises der Antenne bei Drehung in der
Azimut-Ebene erreicht. Damit läßt sich auch der für die Nachsteuerung der Antenne
erforderliche konstruktive Aufwand erheblich verringern. Dieser Aufbau ist insbesondere
auch dann von Vorteil, wenn sich der Hauptreflektor in einer von der Zenitstellung
abweichenden Lage befindet und sich gegebenenfalls um die vertikale Achse dreht,
ereil sich eine an sich verhältnismäßig geringe Exzentrizität in der Gewichtsverteilung
der gesamten Antennenkonstruktion er#j-,len läßt. Dadurch ergeben sich insbesondere
hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der für den konstruktiven
Auf-
bau der Antenne erforderlichen Teile, wie beispielsweise der Stützkonstruktionen,
besonders ,günstige Verhältnisse und es kann die Gesamtkonstruktion, beispielsweise
bei Aufstellung der Antenne im Preien, vor allem auch den durch Winddruck hervorgerufenen
Einflüssen
verhältnismäßig leicht angepaßt werden. Darüberhinaus läßt sich auch eine relativ
gleichmäßige Gewichtsverteilung in den Lagerstellen erzielen, in dznen die berleglichen
Teile der Gesamtkonstruktion für die Schwen..ung* um die horizontale und die vertikale
Achse gelagert sein müssen. Zur ungestörten Fortführung der elektromagnetischen
Energie ist beispielsweise zwischen den Umlenkspiegeln 1 und 2 eine Hochfrequenzdrehkupplung
8 vorgesehen. Die Drehkupplung 8 stellt hochfrequenzmäßig eine weitgehend störungsfreie
Verbindung dar, vrenn die Antenne in der Blevationsebene geschwenkt wird, d.h. also,
vrenn sich die Antenne um die zwischen den Spiegeln 1 und 2 liegende Verbindungsachse
15 dreht, wie es durch den Pfeil 19 angedeutet ist. Die Drehkupplung 8 kann jedoch
auch in dem zwischen den Umlenkapicgeln 3 und 4 liegenden Verbindungsstück liegen,
wie es durch die Pfeile 8' angedeutet ist.. In diesem Falle bewegt sich die Antenne
bei Schwenkung in der Elevationsebene um die Verbindungsachse 15#, die die Mittelachse
der Umlenkspiegel 3 und 4 bildet und die wie die Achse 15 senkrecht auf der vertikalen
Drehachse 16 steht. Durch die mehrfache Faltung des Speisehornes 9 lassen sich somit
drei Achsen, nämlich die vertikale Drehachse der Antenne, die Achse den Hauptreflektors
11 und die Achse des konischen Teiles 10 des Speisehornes 9 zur Deckung bringen.
Aug diese Weise wird erreicht, daß bei Drehung dor Antenne um die vertikale Achse
die an das konische Harnteil 10 im Betriebsraum 6 angeschlossenen hochfrequenten
geräte nicht wie bei den bekannten Konstruktionen
auf einer Kreisbahn
um die Spitze des konischen Hornteiles 10 bewegt werden müssen, sondern sie drehen
eich nurmehr unmittelbar um die vertikale Drehachse "i6. Wenn im konischen Hornteil
10 des Hornparabole 9 eine weitere Hochfrequenzdrehkupplung 7 angeordnet ist, dann
können die an die Hornspitze im Betriebsraum 6 angeschlossenen Hochfrequenzgeräte
sowohl bei der Azimut- als auch bei der Blevationsbewegung der Antenne vollkommen
in Ruhe bleiben.
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Die elektrische Wirkungsweise dieser Anordnung sei anhand des Sendefalles
noch näher erläutert.
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Es sei angenommen, daß in die Spitze des konischen Horäteiles 10 ein
Hohlleiter einmünde, der mit einem im Geräteraum 6 untergebrachten hochfrequenten
Sender in Verbindung steht. Dadurch breitet sich im konischen Hornteil 10 eine Kugelwelle
aus, die an dem ebenen Umlenkspiegel 1 reflektiert und um 900 umgelenkt wird.
Die Kugelvrelle trifft anschließend auf den parabolförmig ausgebildeten Spiegel
2, der sie abermals um 900 umlenkt. Durch die Reflexion am parabolförmigen Umlenkapiegel
2 wird die Kugelvrelle zu einer angenähert ebenen Welle umgeformt. Diese ebene Welle
wird im zylindrischen Rohr 5 geführt und trifft auf den ebenen Spiegel 3. Nach einer
weiteren Umlenkung um 900 trifft die Welle auf den vierten Umlenkspiegel 4, der
sie ebenfalls um 900 umlenkt und an den Ausgang des Speisehornes 9 weiterleitet,
Vom Speisehorn 9 läuft somit eine angenähert ebene
Wellenfront zum
Fangreflektor 12, der sich im Nahfeld des Speisehornes 9 befindet. Die Kontur des
Fangreflektors 12 ist so ausgebildet, daß die von ihm reflektierte Wellenfront eine
Kugeltvelle darstellt, deren Zentrum im Punkt 17 sitzt. Der Punkt 12 wiederum stellt
den Brennpunkt des großen Hauptreflektors 11 dar, von dem sich wegen der parabolischen
Form somit eine ebene Wellenfront ablöst.
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In der Figur ist der Umlenkspiegel 2 paraboloidförmig gezeichnet.
Es ist dies kein swingendes Erfordernis, sondern es kann an sich jeder der Umlenkspiegel
in Form eines Paraboloides ausgebildet sein. Dabei ist lediglich darauf zu achten,
daß sich der Trichter von der Trichterspitze bis zum paraboloidförmigen Umlenkapiegel
gewissermaßen fortset`, d.h. es darf die von der Trichterspitee verlaufende Kugelwelle
auf dem Weg zum paraboloidförmigen Umlenkspiegel nirgends durch ein zylindrisches
Verbindungsstück gestört werden. Unmittelbar anschließend an den paraboloidförmigen
Umlenkspiegel bis zur Öffnung des Hornparaboles, d.h. also, in den Teilabschnitten
des Nornparabols 9,Iin denen sich eine ebene Welle fortpflanzt, dürfen jeweils nur
zylindrische Verbindungsstücke vorhanden sein. In der Zeichnung ist dies im einzelnen
auch zu erkennen. 8ei"Auebildurß den Spiegels 2 als Parabol muß das zwischen den
Umlenkepiegoln 1 und 2 liegende Verbindungsstück trichterförmig ausgebildet sein,
da sich in diesem Teil noch eine Kugelwelle ausbreitet. In diesen Fall liegt die
Hochfrequenzdrehkupplung 8 in einem triehterförmigen
Abschnitt.
Nach der Umformung in eine ebene Welle durch den Spiegel 2 müssen die einzelnen
Verbindungsstücke zwischen den Unlenkspiegeln zylindrisch ausgebildet sein, wie
es durch das zwischen den Umlenkspiegeln 2 und 3 liegende Verbindungsstück 5, durch
das zcrischen den Umlenkspiegeln 3 und 4 liegende Verbindungsstück, 3n dem gegebenenfalls
die Hochfrequenzdrehkupplung 8# angebracht sein kann, und das zwischen dem Umlenkspiegel
4. und dem Ausgang des Hornparabols 9 liegende Verbindungsstück angedeutet ist.
Die Anordnung der Umlenkspiegel relativ zu den Verbindungsstücken muß im einzelnen
so erfolgen, daß keine unerwünschten Abdeckungen auftreten, da sich andetenfalls
Störungen in der FortpfInzung der elektromagnetischen Welle ergeben würden, die
wiederum unerwünschte' Phasenverzerrungen und eine unerwünschte zusätzliche Dämpfung
zur Folge hätten. Erforderlichenfalls kann zur Phasenkorrektur der Umlenkspiegel
4 eine schwach gekrümmte Form haben, die zweckmäßig empirisch erfaßt wird.