DE1591008B1

DE1591008B1 - Rundstrahlantenne fuer luft und raumfahrzeuge

Info

Publication number: DE1591008B1
Application number: DE19671591008
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl-Ing Koob
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1967-09-22
Filing date: 1967-09-22
Publication date: 1971-05-19
Also published as: GB1236270A; US3594802A; FR1583341A

Description

3 188 640 bekannt, bei der durch eine Vielzahl über 15 liches zusätzliches Gewicht und beansprucht einen die Mantelfläche des Satelliten verteilter Strahler eine großen Teil des an der Außenfläche des Satelliten möglichst optimale Rundstrahlcharakteristik dadurch zur Verfügung stehenden Platzes. Die gleichmäßige erreicht werden soll, daß sich die Strahlungsdia- Aufteilung der Hochfrequenzenergie auf die einzelnen gramme benachbarter Strahler im Bereich ihrer hai- Strahler ist zudem schwierig, verlustbehaftet und nur ben Leistung überlappen, so daß durch Addition der 20 mit beträchtlichem Aufwand zu erreichen. Trotzdem Strahlungsanteile benachbarter Strahler auch in die- ist das Strahlungsdiagramm in der maßgebenden sem Bereich annähernd die gleiche Strahlungsleistung Ebene meist nur ungenügend rundstrahlend,
zur Verfügung steht wie im Maximum der einzelnen Zur Beseitigung der infolge dieser ungünstigen

Strahlungsdiagramme. Diese bekannte Rundstrahl- Verhältnisse von Durchmesser des Antennenträgers antenne arbeitet dabei mit einer zwei unterschiedliche 25 zu Wellenlänge der zu übertragenden Funkfrequenz Polarisationsarten abstrahlenden oder empfangenden auftretenden Interferenzen zwischen den von jeweils Gegenantenne derart zusammen, daß für den Funk- benachbarten Strahlern abgestrahlten Wellenfronten betrieb in der jeweils einen Richtung eine erste Po!a- wurden bei erdgebundenen Antennenanlagen die risationsart und für den Funkbetrieb in der jeweils Frequenzen jeweils benachbarter Strahler unteranderen Richtung die zweite Polarisationsart benutzt 30 schiedlich gewählt, so daß keine Interferenzen zwiwird, um bei gleichzeitigem Empfangs- und Sende- _schen den dann unterschiedliche Wellenlängen aufbetrieb eine einwandfreie Trennung der beiden Si- weisenden Wellenfronten benachbarter Strahler mehr gnale herbeiführen zu können. Diese bekannte auftreten konnten (vgl. deutsche Patentschrift Satelliten-Rundstrahlantenne ist so lange befriedi- 517 488). Durch die wechselnden Frequenzen ergend, wie die Abmessungen des die Strahler tragen- ₃₅ geben sich jedoch auf der Sende- und Empfangsseite den Satellitenkörpers in der Größenordnung der Probleme, die um so größer werden, je schwächer Wellenlänge der zu übertragenden Funkfrequenzen das zu empfangende Signal und je stärker damit die bleibt. in den Empfangsverstärkern vorzunehmende Selek-

Bei modernen Satelliten und ihrer Funkausrüstung tion ist. Gerade aber bei den bei der Raumfahrtist diese Bedingung jedoch nicht mehr erfüllt, da die 40 technik benutzten Funkverbindungen treten extrem Abmessungen dieser Satelliten mit der wachsenden kleine Empfangsfeldstärken auf. Außerdem müssen Schubkraft der zur Verfügung stehenden Träger- auf der Sendeseite für jede Frequenz ein getrennter raketen immer größer werden, wobei gleichzeitig die Sender und bei starker Selektion zur wirksamen Ad-Wellenlängen der benutzten Funkfrequenzen immer dition auf der Empfangsseite der von zwei benachkleiner werden, da für Nachrichtenverbindungen in 45 barten Strahlern abgestrahlten unterschiedlichen Freder Luft- und Raumfahrttechnik zunehmend höhere quenzen auch zwei getrennte Empfänger vorgesehen Frequenzen verwendet werden. So beträgt beispiels- sein.

weise der Durchmesser der ersten Stufe der Saturn- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue

rakete 6,7 m, wobei die insbesondere für Telemetrie- Rundstrahlantenne für Luft- und Raumfahrzeuge zu aufgaben erforderliche Nachrichtenverbindung mit 50 schaffen, die auch bei entsprechend großen Abmes-

einer Betriebsfrequenz von 2,2 GHz betrieben wird, womit sich ein Verhältnis von Durchmesser zu Wellenlänge von annähernd D/2=50 ergibt.

Werden an der Mantelfläche eines Zylinders, dessungen eines die Rundstrahlantenne tragenden Flugkörpers gegenüber der Wellenlänge der benutzen Funkfrequenz eine möglichst ideale Rundstrahlcharakteristik aufweist, ohne daß dazu eine Viel-

sen Durchmesser groß ist im Vergleich zur Betriebs- 55 zahl von Strahlern erforderlich ist oder aber die Frewellenlänge, einige wenige Einzelstrahler angeordnet, quenzen jeweils benachbarter Strahler unterschiedlich so ergeben sich in der für die Strahlungscharakteristik
maßgebenden, zur Zylinderachse senkrechten Ebene

in bestimmten Richtungen Strahlungsminima, die je-

zu wählen sind.

Ausgehend von einer Rundstrahlantenne der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Er-

weils durch gegenphasige Überlagerung der von be- 60 findung dadurch gelöst, daß eine gerade Anzahl von nachbarten Strahlern ausgehenden Wellen hervor- Strahlern vorgesehen ist, von denen jeweils benachgerufen werden. Diese durch die Strahlungsminima
gegebenen Einschnürungen der Rundstrahlcharakteristik sind dabei um so größer, je größer das Verhältnis von Durchmesser D des Antennenträgers zur 65
Betriebswellenlänge λ der Antenne ist.

Um die Minima in der Strahlungscharakteristik der Antenne möglichst klein zu halten, ist bisher an der

barte Strahler bei linearer Polarisation zueinander senkrecht und bei elliptischer Polarisation mit entgegengesetztem Drehsinn polarisiert sind.

Durch diese Lösung wird erreicht, daß die zueinander senkrecht polarisierten Wellen jeweils benachbarter Strahler sich gegenseitig nicht beeinflussen können, d. h. nicht interferieren können. Die

Strahlungsenergie der sich überlappenden Strahlungsdiagramme der benachbarten Strahler addiert sich dagegen, da mit einer Gegenantenne gearbeitet wird, die gleichzeitig beide Polarisationsarten empfangen kann. Die gemäß der Erfindung angegebene Rund-Strahlantenne hat daher ein annähernd ideales Rundstrahldiagramm, unabhängig von der Größe des Verhältnisses von Durchmesser zu Wellenlänge und ohne daß unterschiedliche Frequenzen für die einzelnen Strahler der Antenne verwendet werden müssen.

Zwar ist es bereits grundsätzlich bekannt, die Interferenz zweier Strahlungen dadurch zu verhindern, daß beide Strahlungen senkrecht zueinander polarisiert werden. So ist z. B. in der deutschen Patentschrift 939 755 ein Antennensystem beschrieben, bei dem die Interferenz zweier auf einem Antennenmast übereinander angeordneter Strahler durch gegenseitig senkrechte Polarisation dieser Strahler verhindert wird. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß mit einem zusätzlichen Strahler eine gute Versorgung des Nahbereichs der Antenne sichergestellt wird, ohne daß durch diesen Strahler eine Aufzipfelung des von dem anderen Strahler erzeugten vertikalen Strahlungsdiagramms für den Fernbereich der Antenne auftritt.

Diese mit unterschiedlichen Polarisationen arbeitenden Antennen haben jedoch bei der herkömmlichen Rundfunk- und Fernsehübertragungstechnik den Nachteil, daß je nach dem gerade mit einer bestimmten Strahlung erreichten Empfangsgebiet auch eine gerade auf diese Polarisation abgestimmte Empfangsantenne vorzusehen ist (vgl. z. B. deutsche Auslegeschrift 1147 635).

Dieser Nachteil tritt bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Rundstrahlantenne nicht auf, da diese mit Gegenantennen zusammenarbeitet, die ohnehin alle vorkommenden Polarisationen empfangen können.

Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung können die Strahler als Hornstrahler, Dipolstrahler oder aber auch als Wendelsixahler ausgebildet sein. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Rundstrahlantenne gemäß der Erfindung mit Hornstrahlern,

F i g. 2 eine Rundstrahlantenne mit Doppelstrahlern und

F i g. 3 eine Rundstrahlantenne mit Wendelstrahlern.

Ein in F i g. 1 als Zylinder 1 dargestellter Antennenträger, der z. B. ein Teil einer Trägerrakete oder aber ein tonnenförmiger Satellit sein kann, trägt im Abstand von 90° an der Mantelfläche des Zylinders 1 angeordnete Strahler 2, 3, 4 und S, von denen hier nur die als Hornstrahler ausgebildeten Strahler 2 und 3 näher dargestellt sind. Die Hornstrahler sind dabei so ausgebildet bzw. werden so gespeist, daß die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen jeweils benachbarter Hornstrahler, z. B. die der Hornstrahler 2 und 3, zueinander senkrecht polarisiert sind. s₀ Wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, ist der Hornstrahler 2 vertikal und der Hornstrahler 3 horizontal polarisiert.

Die in F i g. 2 und 3 dargestellten anderen Ausführungsformen der Rundstrahlantenne sind der in F i g. 1 entsprechend nachgebildet, wobei die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform als Strahler Dipolstrahler aufweist, wobei der Dipolstrahler 2' horizontal und der Dipolstrahler 3' vertikal polarisiert ist.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind als Strahler Wendelstrahler vorgesehen, wobei die elliptische Polarisation jeweils benachbarter Strahler entgegengesetzten Drehsinn aufweist. So ist z. B. der Wendelstrahler 2" rechtsdrehend und der Wendelstrahler 3" linksdrehend polarisiert.

Da jeweils benachbarte Strahler zueinander senkrecht polarisiert sein müssen, darf die Anzahl der insgesamt am Antennenträger vorgesehenen Strahler nur gerade sein. Die Strahlungsdiagramme der Strahler müssen sich dabei in den Punkten halber Leistung (3-db-Punkt) überlappen, da die als Summendiagramm gebildete Rundstrahlcharakteristik des gesamten Antennensystems durch einfache Addition der Strahlungsdiagramme der Strahler gebildet wird.

Prinzipiell ist jede gerade Anzahl von Strahlern zur Bildung des Antennensystems geeignet, wobei rc=2,4 und 6 als Anzahl von Strahlern besonders interessant ist, da ein Antennensystem mit einer zu großen Anzahl von Strahlern einen Teil der Nachstelle der bisher bekannten Lösungen aufweisen würde. Für die Halbwertsbreite der Strahlungsdiagramme der Strahler ergibt sich je nach Anzahl der am Antennenträger vorgesehenen Strahler folgender Wert:

Δ a
Grad

360

Claims

Patentansprüche:

1. Rundstrahlantenne für Luft- und Raumfahrzeuge, die mit einer gleichzeitig zwei unterschiedliche Polarisationsarten abstrahlenden und/ oder empfangenden Gegenantenne in Funkverbindung steht und mehrere, längs einer durch die Ebene der Rundstrahlung gegebenen Umfangslinie eines vorzugsweise zylindrischen Körpers angeordnete Strahler aufweist, deren jeweils benachbarte Strahlungsdiagramme sich im Bereich ihrer halben Leistung (3-db-Punkt) überlappen, wobei der Durchmesser des Körpers groß gegenüber der Betriebswellenlänge der Antenne ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Strahlern (2, 3, 4, 5) vorgesehen ist, von denen jeweils benachbarte Strahler (z. B. 2, 3) bei linearer Polarisation zueinander senkrecht und bei elliptischer Polarisation mit entgegengesetztem Drehsinn polarisiert sind.

2. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3, 4. 5) als Hornstrahler ausgebildet sind.

3. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3, 4. 5) als Dipolstrahler {!', 3') ausgebildet sind.

4. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3. 4. 5) als Wendelstrahler (2", 3") ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen