-
Richtantenne
für sehr kurze elektromagnetische Wellen
Die Erfindung
bezieht sich auf eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend
aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Rotatons-Paraboloidausschnitts, in
dessen Scheitelbereich ein als Horn barabol-Antenne ausgebildeter, durch den Paraboloidscheitel
hindurchstrahlender Primärstrahler angeordnet ist, der über einen im Anerturbereich
des Hauptreflektors befindliehen Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet,
und bei der eine Drehgestellagerung vorgesehen ist, die außer einer Azimuteinstellung
noch eine Einstellung der Elevation der Richtantenne ermöglicht.
| Richtantennen dieser Art werden vor allem als ortsfeste |
| Antennen für den Satelaitenfunk eingesetzt. Der Hauotre- |
| flektor derartiger Ante-inen hat dabei häufig einen. Durch- |
| messer von über 20 Metern. Wegen dieser relativ großen Ab- |
| messungen war man bislang bestrebt, die Geräte, also die |
| Sender und Empfänger der mit der Richtantenne zu verbin- |
| denden Geräte, möglichst dicht beim Primärstrahler anzu- |
| ordnen. Dies führte jedoch zu Betriebsräumen für die Ge- |
| r'#te und das .Bedienung;nersonal., die nicht mir der Bewe- |
| gung um eine Azimutache, sondern auch einer Bewegung um |
| die Elevationsachse zw2.ngslä.ufig mit unterworfen sind. Es |
| bringt dies vor allem für das Bedienungspersonal den Nach- |
| teil mit sich, daß je nach der räumlichen Einstellung der |
| Antenne der Betriebsraum mehr oder weni=_rer schräg zur Hori- |
| zontalen liegt. Hinzu kommt, daß wegen des nur beschränkt |
| zur Verfügung stehendei Raume.. für Betriebsgeräte in der |
unmittelbaren Umgebung des Hauptreflektors die Betriebsgeräte relativ
gedrängt aufgebaut sein müssen. Wünschenswert wäre es, wenn die Betriebsgeräte,
die an den Primärstrahler der Richtantenne anzuschließen sind, abseits von der Richtantenne
aufgestellt werden könnten. Derartige ortsfeste Geräte wären dann über eine Hochfrequenzleitung
mit der Richtantenne zu verbinden. Mit den bisher bekannten Ausführungsformen von
Richtantennen der einleitend beschriebenen-Art ist dies nur bei Zulassung einer
größeren Dämpfung in der Primärstrahlerzuleitung möglich. Es müßte dann nämlich
ein relativ langer zusätzlicher und kompliziert auszubildender Hohlleiter vorgesehen
werden, um die Einstellung nach Azimut und Elevation sicherzustellen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Richtantenne der
einleitend beschriebenen Art sicherzustellen, daß der geräteseitige Anschluß des
Primärstrahlers unabhängig von der Azimut- und Elevationseinstellung des Hauptreflektors
örtlich festliegt, verbunden mit einer möglichst geringen Dämpfung zwischen geräteseitigem
Ende des Primärstrahlers und seiner Abstrahlungsöffnung.
-
Bei einer Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend
aus einem großen Hauptreflektor in Form eines Rotations-Paraboloidausschnitts, in
dessen Scheitelberei ein als Hornparabol-Antenne ausgebildeter, durch den Paraboloidscheitel
hindurchstrahlender Primärstrahler angeordnet ist, der über einen im Aperturbereich
des Hauptreflektors befindlichen Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet,
und bei der eine Drehgestellagerung vorgesehen ist, die außer einer Azimuteinstellung
noch eine Einstellung der Elevation der Richtantenne ermöglicht, wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das geräteseitige Ende des Hornparaboltrichters
im Sockel der Richtantenne ortsfest angeordnet ist, daß der an das Paraboloid
der
Hornparabolantenne angrenzende Trichterteil derselben in Richtung einer Normalen
zur Rotationsachse bzw. Strahlachse des Hauptreflektors seitlich vom Paraboloidscheitel
des Hauptreflektors weggeführt ist unter Einschaltung einer Drehkupplung, und daß
unter Zwischenfügung eines Spiegels und eines Krümmers dieser Trichterteil in das
geräteseitige Ende des Hornparaboltrichters übergeht unter Zwischenfügung einer
weiteren Drehkupplung, deren Drehachse mit der Azimutachse der Richtantenne zusammenfällt.
-
Vorteilhaft ist es, wenn die dem Hauptreflektor benachbarte Drehkupplung
oder der daran in Richtung zum Hauptreflektor anschließende Trichterteil mit einer
Vorrichtung zur Abnahme und/oder Einstellung des Elevationswinkels versehen ist.
-
Vorteilhaft ist es in diesem -Zusammenhang auch, wenn der vor dem
geräteseitigen Anschluß des Trichters liegende
| Trichterabschnitt oder der daran anschließende Drehku-r:,.:- |
| lungsteil eine Vorrichtung zur Vessung- urd/o@n.--.° EinL'tel- |
Jung des Azimutwinkels trägt.
-
Als vorteilhaft hat es sich außerdem erwiesen, wenn in dem zwischen
der Spiegelung und Krümmung gelegenen Trichterteil oder der an die Krümmung anschließenden,
mit der Azimutachse verlaufenden Drehkupplung eine Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsebene
eingeschaltet ist, die sicherstellt, daß die am geräteseitigen Ende bei Empfang
erscheinende Polarisation die gleiche Polarisationsebene behält.
-
Von Vorteil ist es außerdem, wenn in dem zwischen der Spiegelung und
der Krümmung gelegenen Trichterteil eine an sich benannte Vorrichtung zur Auskopplung
der für
die Peilung mit der Antenne benutzten Wellenformen (Modenkoppler)
eingeschaltet ist.
-
Für die erfindungsgemäße Ausbildung einer Richtantenne ist es charakteristisch,
daß die Aufhängung des Hauptreflektors sowohl als vollkardanisehe Aufhängung als
auch als sogenannte cycloconische Aufhängung ausgebildet sein kann. Im Fall der
cycloconischen Aufhängung ist es lediglich noch erforderlich, daß der Mündungsteil
der Hornparabolantenne über ein Drehlager in den Spiegelscheitel des Hauptreflektors
eingesetzt ist.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
-
Die Fig.1 zeigt in Seitenansicht und die Fig.2 in teilweiser Rückansicht
eine Richtantenne der einleitend beschriebenen Art, und zwar mit Anwendung der sogenannten
cycloconischen Aufhängung. In der Fig.3 ist der erfindungswesentliche Speisungstrichterteil
dargestellt, und zwar mit den wesentlichen anschließenden Elementen. Von Bedeutung
ist in diesem Zusammenhang, daß der in der Fig.3 skizzierte Speisungstrichterteil
der Hornparabolantenne, die als Primärstrahler dient, sowohl für die cycloconische
Aufhängung des Hauptreflektors als auch für die vollkardanische Aufhängung des Hauptreflektors
geeignet ist. In den Fig.4 und a ist noch gezeigt, wie bei vollkardanischer Aufhängung
des Hauptreflektors die Anordnung bei erfindungsgemäßer Ausbildung zu treffen ist.
-
Beim Ausführungsbeispiel der Fig.1 und 2 ist mit 1.der Hauptreflektor
bezeichnet, der die Form eines symmetrischen Ausschnittes aus einem Rotationsparaboloid
hat. Die Rotationsachse dieses Paraboloidausschnittes entspricht
der
Strahlachse 24 dieses Hauptreflektors. Vor dem Paraboloidausschnitt 1 ist ein Hilfsreflektor
2 angeordnet, der in der Praxis meist eine Form hat, die zwischen einem Paraboloid-
und einem Hyperboloidausschnitt liegt. Dieser Hilfsreflektor 2 wird mittels Streben
3 in seiner zentrischen Zage zur Strahlachse 24 und dem Paraboloidausschnitt 1 gehalten.
Der Hilfsreflektor 2 hat die Aufgabe, vom Spiegelscheitel aus auf ihn auftreffende
elektromagnetische Strahlung in Richtung zum Hauptreflektor 1 derart auszulenken,
daß dieser in vorgegebener Weise ausgeleuchtet wird und in der Apertur des Hauptreflektors
eine ebene Wellenfront abgestrahlt wird. Zur Anstrahlung des Hilfsreflektors 2 dient
beim Erfindungsgegenstand eine sogenannte Hornparabolantenne, das ist ein Hohlleitertrichter,
an dessen aufgeweitetem Ende ein Paraboloidausschnitt angeordnet ist, der die im
Hohlleiter sich ausbreitende Strahlung umlenkt. Die Hornparabolantenne ist an sich
allgemein und auch für diesen Zweck bekannt, so daß in diesem Zusammenhang nicht
näher darauf eingegangen zu werden braucht. Der wesentliche Teil der Hornparabolantenne,
nämlich der Paraboloidausschnitt, ist aus der Fig.3 ersichtlich und dort mit 7 bezeichnet.
An den Paraboloidausschnitt der Hornparabolantenne schließt sich ein sogenannter
Mündungstrichter der Hornparabolantenne an, der beim Ausführungsbeispiel der Fig.1
und 2 .mit 6 bezeichnet ist und durch den Spiegelscheitel des Paraboloidausschnittes
bzw. Hauptreflektors 1 zentrisch zur Strahlachse 24, die der Rotationsachse des
Paraboloidausschnittes 1 entspricht, geführt ist. Der Mündungsteil 6 ist über ein
Drehlager 5 mit dem Scheitel des Hauptreflektors 1 verbunden. Die Öffnung im Hauptreflektor
bzW. Paraboloidausschnitt 1 durch die der blündungsteil 6 geführt ist, ist in der
Fig.1 mit 4 bezeichnet. Der Trichterteil des Hornparabols ist, wie vor allem aus
der Fig.2 deutlich erkennbar, - Horizontalstellung
des Hauptreflektors
1 angenommen - zunächst in Horizontalrichtung seitlich vom Paraboloidausschnitt
7 geführt und enthält eine Drehkupplung B. Diese Auslenkung erfolgt also unabhängig
von der Elevationseinstellung in Richtung der Normalen zur Strohlachse 2¢. Diese
Drehkupp-Jung 8 ist extrem wichtig, weil hierdurch erreicht wird, daß der, bezogen
auf die Zeichenebene der Fig.2 links gelegene Teil des Trichters unabhängig von
dem rechts davon gelegenen Teil verdreht werden kann. In dem rechts an die Drehkupplung
anschließenden Teil ist eine Spiegelung 10 eingefügt, die den Trichterteil 11 schräg
gegen die Azimutachse 23 führt. Diese Führungsart ist erforderlich, um, wie später
beschrieben, ein Fluchten der Azimutachse mit der Achse des Trichterteils am geräteseitigen
Ende des Trichters der Hornparabolantenne sicherzustellen.
-
Um die wahre Elevation bzw. den wahren Elevatioriswinkel der Richtantenne
bzw. ihres Hauptreflektors 1 festzustellen, ist ein sogenanntes Datenrad vorgesehen,
das auf dem rechts von der Drehkupplung in Fig.2 befindlichen Trichterteil angeordnet
ist. Dieses Datenrad wird von dem links an die Drehkupplung anschließenden Trichterteil
gegenüber dem rechts von der Drehkupplung gelegenen Trichterteil verdreht und dieser
Drehwinkel entspricht dem wahren Elevationswinkel des Hauptreflektors 1 gegenüber
der Ausgangslage, die normalerweise der Horizontallage der Strohlachse 2¢ entspricht.
-
Der schräg zur Azimutachse 23 verlaufende Trichterteil 1 ist an seinem,
bezogen auf die Fig.1 und 2, unteren Ende mittels eines Krümmers 12 in die Azimutachse
23 fluchtend eingeführt. In dem Bereich, in dem der Trichter bzw. der daran angeschaltete
Krümmer mit der Azimutachse 23 fluchtet, ist eine weitere Hohlleiterdrehkupplung
13 vorgesehen.
Durch diese Drehkupplung wird sichergestellt, daß
der unterhalb der Drehkupplung 13 befindliche Hohlleiterteil auch bei Drehung der
gesamten Richtantenne um die Azimutachse 23 ortsfest verbleiben kann. In diesem
Hohlleiterabschnitt kann deshalb bei Betrieb der gesamten Anordnung mit linear polarisierten
Wellen eine für diesen Zweck an sich bekannte Polarisationsweiche angeordnet werden,
die in den Fig.1 und 2 mit 18 bezeichnet ist und an die sich der Anschluß 19 für
den Sender und der Anschluß für den Empfänger der Bodenstationsanlage anschließen.
Der Empfängeranschluß ist mit 20 bezeichnet.
-
Zur Bestimmung des wahren Azimutwinkels, bezogen auf eine Ausgangs-
oder Nullage der Antenne, kann auch im Bereich der Drehkupplung 13 ein Datenrad
vorgesehen werden. Das Datenrad ist in der Fig.1 angedeutet und dort mit 12 bezeichnet.
Dieses Datenrad mißt die Verdrehung der beiden an die Drehkupplung 13 na-.b oben
und unten anschließenden Hohlleiterteile, von denen in den Fig.1 und 2 der nach
unten liegende Hohlleiterteil mit 15 bezeichnet :st. Richtantennen der vorstehend
geschilderten Art werden, wenngleich sie auch mit zirkular polarisierten Wellen
betreibbar sind, häufig mit linear polarisierten Wellen betrieben, und zwar in der
Weise, daß die Polarisationsebene für den Sendebetrieb die Polarisationsebene für
Empfangsbetrieb unter 900 kreuzt. Da bei der in den Fig.1 und 2 dargestellten
Ausführung die Polarisation im Hohlleiterabschnitt 15 abhängig von der Azimut- und
Elevationslage des Hauptreflektors 1 ist, wird in Weiterbildung der Erfindung ein
Polarisationsdreher 17 eingefügt, der sich entweder, so wie in den Fig.1 und 2 dargestellt,
oberhalb der Drehkupplung 13 befindet, der jedoch auch unterhalb derselben im Hohlleiterabschnitt
15 angeordnet sein kann. Für diesen Polarisationsdreher 17 ist es im Regelfall ausreichend,
wenn
er über ein mechanisches Korrekturgestänge entsprechend der jeweiligen Azimut- und
Elevationslage der Antenne eingestellt wird. In der Praxis wird man indes einer
elektrischen Nachstellung dieses Polarisationsdrehers den Vorzug geben. Polarisationsdreher
dieser Art sind bereits bei den derzeit bekannten Bodenstationsantennen für den
Satellitenempfang in Anwendung und auch hinsichtlich ihrer Nachstelleinrichtungen
allgemein bekannt, so daß sich ein Eingehen hierauf erübrigen dürfte.
-
Weiterhin ist es bei Bodenstationsantennen, vor allem für Satellitenempfang
noch üblich, die Richtantenne nicht nur zum Senden und Empfangen, sondern auch zur
Peilung und selbständigen Einstellung auf einen Satelliten mit zu verwenden. Hierfür
werden bekanntlich bei den derzeit üblichen Bodenstationsantennen für Satellitenempfang
die bei Abweichung von der richtigen Empfangslage entstehenden Wellentypen, z.B.
vom Typ E01 und H01 ausgenutzt, indem aus den in diesem Fall auftretenden Wellenanteilen
die Regel- bzw. Nachsteuerspannung abgeleitet werden. Diese Technik ist indes ebenfalls
allgemein bekannt, so daß sich auch hierauf ein detailliertes Eingehen erübrigt.
Der entsprechende Modenkoppler bzw. Schwingungstypauskoppler ist in den Fig.1 und
2 ebenfalls hinsichtlich seines Einschaltungsortes angedeutet und mit 16 bezeichnet.
-
Zur konstruktiven Ausführung der Richtantenne-nach der Fig.1 wäre
noch auf folgendes zu verweisen. Der Sockel der Richtantenne ist mit 21 bezeichnet
und kann fest im Erdboden verankert sein. In diesem Sockel sind die Betriebsgeräte,
wie Sender und Empfänger und dergleichen anzuordnen oder von diesem Sockel aus ist
in Fortsetzung der Anschlußleitungen 19 und 20 die Zuleitung zu den entfernt
von der Richtantenne anzuordnenden Sendern und Empfängern vorzusehen. Gegen den
Soykel 21 stützt sich über ein Rollenlager
22 mit Drehkranz die
für die Azimuteinstellung verantwortliche Konstruktion 27 ab. Diese ist beim Ausführungsbeispiel
zugleich so angenommen, daß sie den gesamten Raum um den Speisungstrichter der Hornparabolantenne
windschnittig umschließt. Gegen den Konstruktionsteil 27 stützt sich über ein Rollenlager
26 der für die Elevationseinstellung maßgebliche Konstruktionsteil 28 ab, der den
Hauptreflektor 1 trägt. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.1 und 2 ist die Elevationsachse
mit 25 bezeichnet. Die Elevationsachse 25 ist so geführt, daß sie sich mit der Strahlachse
24, die mit der Rotationsachse des Paraboloidausschnittes 1 fluchtet und der Azimutachse
23 in einem Punkt schneidet, der in dem Paraboloidausschnitt 7 des Hornparabols
liegt, das als Primärstrahler dient, und zwar in dessen Zentrum. Letzteres ist vor
allem aus der Fig.3 deutlich erkennbar.
-
Für die praktische Ausführung einer Richtantenne nach den Fig.1 und
2 hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn bezogen auf die Fig.3, der Öffnungswinkel
des Trichterteils 11 in der Größenordnung von etwa 100 bis 200 liegt und
wenn der Umlenkwinkel der von der Dingsachse des Trichterteils 11 und der Normalen
zur Azimutachse 24 eingeschlossen wird, in der Größenordnung von 700 bis
800
liegt. _ In den Fig.4 und 5 ist die Anwendung der Erfindung bei einer
Cassegrain-Antenne mit vollkardanischer Aufhängung des als symmetrischer Paraboloidäusschnitt
ausgebildeten Hauptreflektors 1 gezeigt. Die zu den Fig.1, 2 und 3 gleichartigen
Teile sind in den Fig.4 und 5 mit den gleichen Bezeichnungen versehen.
-
Für die vollkardanische Aufhängung ist es wesentlich, daß ebenso wie
bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel als Primärstrahler eine Hornparabolantenne
vorgesehen
ist, die mit ihrem Paraboloidteil so angeordnet ist,
daß sich in der Paraboloidfläche der Hornparabolantenne in einem Punkt die Azimutachse
23, die Elevationsachse 29 und die Rotationsachse 2¢ des als Hauptreflektor 1 dienenden
Paraboloidaussehnitts schneiden. Der an die Paraboloidfläche der Hornparabolantenne
angrenzende Trichterteil derselben ist zunächst, wie vor allem aus der Fig.5 erkennbar,
seitlich so weggeführt, daß die Trichterachse mit der Azimutachse 29 fluchtet. In
diesem Trichterteil ist gleichartig zu den Ausführungsbeispielen der Fig.1 bis 3
eine Umlenkung, vor allem mittels eines ebenen Spiegels 10 vorgesehen, derart, daß
die Trichterspitze in die Azimutachse 23 über einen Krümmer 12 einläuft. Gleichartig
zu den Ausführungsbeispielen der Fig.1 bis 3 sind im seitlich weggeführten Trichterteil
eine Drehkupplung 8 und in dem an den Krümmer anschließenden Trichterteil eine Drehkupplung
13 vorgesehen. Hinsichtlich des Winkels, den die Trichterachse mit der Azimutachse
23 einschließt, gilt das anhand der Fig.3 ausgeführte. Die Bewegung um die Azimutachse
erfolgt in an sich bekannter Weise beispielsweise über das Antriebsrad 30. Die Drehung
der Antenne um die Azimutachse 29 geschieht in ebenfalls an sich bekannter Weise
über Antriebsräder 28. Derartige Antriebe sind an sich bekannt und beispielsweise
in der Beilage ''Der Mensch und die Technik", Süddeutsche Zeitung, Nr.¢9 vom 26.2.1965,
ausführlich beschrieben.