DE1591026A1

DE1591026A1 - Antenne

Info

Publication number: DE1591026A1
Application number: DE19671591026
Authority: DE
Inventors: Yves Commault
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1966-02-25
Filing date: 1967-02-24
Publication date: 1970-02-12
Also published as: US3514779A; GB1179181A; SE347081B; FR1477571A; DE1591026B2; DE1591026C3

Description

GSP-GOMPAGIiIE GENERALE DE TELEGRAPHIE SAN3 47, rue Dumont d'TJrville, Paris /Frankreich

Antenne

Antennen mit einer Primärquelle sowie einer Bündelungseinrichtung ermöglichen die Bildung von ebenen Wellenflachen mit grossem Gewinn.

Solche Antennen enthalten im allgemeinen einen parabolischen Reflektor, der durch einen in seinem Brennpunkt angeordneten Hornstrahler angestrahlt wird. Ein solcher Hornstrahler deckt aber unvermeidbar einen Teil der ParaboIoidflache ab. Die Folge ist ein "Beschattungseffekt¹¹ für die von der Bündeiungseinrichtung emittierte Welle. Dadurch wird der Antennengewinn reduziert und der Pegel der Nebenzipfel erhöht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, die eine primäre Strahlenquelle sowie eine Bündelungseinrichtung aufweist.

Die

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Die gemäss der Erfindung ausgebildete Antenne enthält _; eine Primärquelle, mindestens einen halbdurchlässigen Reflektor und einen den Polarisationszustand der Welle ändernden zweiten Reflektor, wobei das Bild der Primärquelle, in Bezug auf den ersten Reflektor, sich im wesentlichen im Brennpunkt des zweiten Reflektors befindet. Die Wirkung dieser Anordnung ist, dass die von der Primärqueile emittierte sphärische Welle nach den an den beiden Reflektoren ^ nacheinander erfolgenden Reflexionen in eine ebene Welle umgewandelt wird.

Sie ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Primärquelle zu dem ersten Reflektor eine elliptisch polarisierte Welle ausstrahlt, und dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die Orientierung der Achsen der Polarisations-Ellipse sowie der Grad der Exzentrizität derart einstellbar sind, dass jener Teil der Primärstrahlung, der direkt durch den halbdurchlässigen Reflektor hinaurchgetreten ist, sich mit jenem !eil der Strahlung in Phase befindet, weicher nach Reflexion und Änderung des Polarisationszustandes durch ihn hindurchgetreten ist, und somit die darin durch die Primärquelle erzeugte Lücke ausfüllt.

Im Fall einer Antenne , die linear polarisierte Wellen aussendet, ist der zweite Reflektor in an sich bekannter Art so ausgeführt, dass er die Polarisationsebene um 90° dreht.

Im

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Im Fall einer Antenne, die eine zirkulär polarisierte ' » Welle ausstrahlt, besteht der zweite Reflektor z.B. aus einer einiachen metallischen Ebene , welche die Bewegungsrichtung des Vektors des elektrischen Feldes umkehrt.

In beiden Fällen wird der erste Reflektor so gewählt, -dass er für die gewünschte Strahlung durchlässig ist und andere Strahlungen reflektiert. . |

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielslialber beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 bis 3 schematisch die Arten von Antennen dar, die durch die Erfindung vervollkommnet werden sollen,

Fig.4 bis 6 erläuternde Darstellungen,

Fig.7 und 8 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung,

Fig.9 und 10 eine Teilansicht bzw, einen Übersichtsschnitt eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung und

Fig. 11 bis 14a Ausführun^sbej-spiele der bei der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Kopplungssysteme.

In

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In Fig.1 ist schematisch eine Cassegrain-Antenne dargestellt. Diese enthält eine Primärquelle 1, die einen hyperbolisch gekrümmten opicgej. 2 bestrahlt. Das virtuelle Bild der Quelle befindet sich mit Bezug auf den Spiegel 2, im Brennpunkt F eines Parabolspiegels 3.

Aus dieser Anordnung folgt, dass die von der Quelle 1 ausgesandten Strahlen nach den an den beiden Spiegeln 2 und 3 erfolgenden Reflexionen parallel zur Achse des Spiegels 3 abgestrahlt werden.

Zwei mögliche Ausführungsarten dieser Einrichtung sind in den Fig.2 und 3 erkennbar, wobei dieselben Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

In Fig.2 ist der Spiegel 2 eben.Die Strahlen haben den gleichen Verlauf wie in Fig.1.

In Fig.3 liegt die Primärquelle 1 im Brennpunkt F des Parabolspiegels 2. Die Strahlen werden dann am Spiegel 2 aux einen ebenen Spiegel 3 zu reflektiert, der senkrecht zu ihnen steht. Die Strahlen werden dann an diesem Spiegel in der gleichen Richtung entgegengesetzt reflektiert. Der Parabolspiegel t&v so ausgebildet, dass diese Strahlen durch ihn hindurchgehen können, ohne an ihm reflektiert zu werden.

Für 909887/0957

FiJr den Fall linear polarisierter Wellen besteht der Reflektor 2 beispielsweise aus einem G-icter aus parallelen Drähten, während der Reflektor 3 dann aus einem Drahtgitter sowie aus einem metallischen Reflektor zusammengesetzt ist.

Die Drähte des Spiegels 2 liegen parallel zum Vektor B** des elektrischen Feldes der einfallenden Welle, die total reflektiert wird. Die Drähte des Spiegels 3 sind dagegen in Bezug auf diesen Vektor um 45° gedreht (Fig.4). Dies hat die Wirkung, üass die einfallende Welle teilweise an den Drähten^ und teilweise an der metallischen Fläche des Spiegels 3 reflektiert wird. Diese beiden Teile vereinigen sich, in an sich bekannter Weise, zu einer einzigen Welle, deren Feldvektor E senkrecht auf dem Feldvektor E* steht.

Bei zirkulär polarisierten Wellen besteht der Reflektor 2 beispielsweise aus einem Raster gleichartiger Elemente, die entweder links- oder rechtsdrehend wirken. Diese Elemente :ind so gewählt, dass sie für den Polarisations-Sirm der von der Primärquelle 1 ausgehenden Welle in Resonanz sind. Der zv/eite Reflektor, der dann z.B. aus einer einfachen Metail-Lläche bestehen kann, kehrt den Sinn der Rotation des Vektors des elektrischen (wie des magnetischen)Feldes der rofioktierten einfallenden Wellen um, so dass diese dann durch den oreten Reflektor hindurchtreten.

Daraus

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Daraus folgt, dass der Spiegel 3, der die Auetrittspupille der Einrichtung darstellt,' eine Öffnung aufweist, die den Antennengewinn sowie das Strahlungsdiagramm der Gesamtanordnung bestimmt. Die Primärquelle 1 selbst (Fig.6) deckt einen Teil der Fläche des Spiegels 3 ab. Man kann zeigen, dass sich jede Abschattung der strahlenden Flächen einer Verschlechterung sowohl des Gewinns als auch des Diagramms äussert.

Es lässt sich zeigen, dass das Strahlungs-Diagramm sich aus der Überlagerung von zwei selbständigen Diagrammen ergibt:

a) das Strahlungsdiagramms der strahlenden Fläche so, als ob sie keine Abschattung aufwiese, wobei sie eine linear polarisierte Welle mit einer bestimmten Phase abstrahlt;

b) des Strahlungsdiagramms einer Fläche, die den Umriss ™ der Abschattung aufweist und eine Wej-le mit gleichem

. Polarisationszustand wie die zuvor genannte Fläche, jedoch mit entgegengesetzter Phase abstrahlt.

Fig.7 gibt das E=f(e)-Diagramm einer solchen Antenne wieder. Die Kurve 0., stellt das Strahlungs-Diagramm der Fläche ohne Abschattung dar. Die Kurve Cg stellt das Strahlungs-Diagramm der Fläche dar, welche den Umriss der Abschattung hat. Die Kurve C, stellt die Resultierende der beiden Kurven Cj und Op dar.

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Man erkennt, dass die Kurve C^ durchweg unterhalb der Kurve O^ , liegt. Ausserdem sind die durch die Extremwerte der Kurve G~ dargestellten Neb,enzipfel stärker .ausgeprägt als bei der Kurve Cj,

Durch die Erfindung wird dieser Einfluss der Abschattung beseitigt Zu diesem Zweck wird die Primärquelle selbst dazu verwendet, an jedem Funkt ein Feld zu erzeugen, das die gleiche Amplitude wie das sich, aus der Kurve Q₀ ergebende PeId, jedoch die

² " I

entgegengesetzte Phase hat. Man erhält dadurch die Kurve G. von Pig.8.

Ein Beispiel der erfindungsgemässen Anordnung ist in Pig.9 und 10 dargestellt.

In Fig.10 Ißt die Primärquelle 1 im Brennpunkt 'des Parabolspiegels 2 und in der Mitte des ebenen Spiegels 3 angeordnet, entsprechend der Anordnung nach Pig.3. Biese Primärquelle 1 (Fig.9} ist .ein einfacher Hohlleiter, in dem eine TE₁₀-WeIIe i erregt wird, die das einfallende Feld JS^ hervorruft. Das abgestrahlte Feld ist das Feld E^, das senkrecht zum ersten polarisiert ist.

Die Erfindung ist nun darin zu erblicken, dass in dem Hohlleiter 1 gleichzeitig eine TE₀₁-WeIIe erzeugt wird. Diese TE₀₁-WeIIe geht durch den Parabolspiegel 2 ohne .änderungen und wird direkt mit einer Polarisation parallel zu Er» ausgestrahlt. Es ist erkennbar, dass, wenn man der

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₀₁ geeignete Amplitude und Phase gibt, der mit der Erfindung beabsichtigte Kompensationseffekt eintritt (!ig.8).

Wenn 1 der mittlere Abstand zwischen den Spiegeln 2 und ist, muss die TE₁₀-WeIIe zwischen den beiden Spiegeln bis zu ihrer Abstrahlung einen Weg zurücklegen, der etwa 51 einen Weg beträgt. Die TE₀₁-WeIIe legt nur einen optischen Weg der länge 1 zurück. Damit beide Wellen beim Verlassen des Spiegels 2 die richtige Phasenlage haben, müssen sie beide beim Verlassen der iPrimärquelle eine Phasenverschiebang /S^ ^ haben, die berechenbar ist.

Es folgt, dass die Einrichtung gemäss der Erfindung einen Koppler 5 enthalten muss, der einen Teil der Energie der TE₁₀-WeIIe abzweigt, ferner einen Phasenschieber 6 und einen Vereinigungspunkt, bei dem die abgezweigte Energie mit der richtigen Phase in der Wellenform TE₀₁ wieder eingeschleusst wird.

Die Mündung des Hohlleiters 1 strahlt dann eine Welle mit elliptischer Polarisation aus, die als die Resultierende einer in einem vorgegebenen Sinne zirkulär polarisierten primären Hauptwelle und einer im entgegengesetzten Sinn zirkulär polarisierten primären Korrekturwelle angesehen werden kann, wobei die Amplitude und die Phase der zweiten Welle in Bezug auf die der ersten Welle einstellbar sind.

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Der Reflektor 2 ist so ausgebildet, dass er die primäre Hauptwelle reflektiert und der durchgängig metallische Reflektor 3 erzeugt eine Umkehrung des Rotationssinnes des Vektors des elektrischen Peldes.Das gesamte System strahlt dann eine ebene Welle aus mit einer zirkulären Polarisation von entgegengesetztem Sinne wie die Primärwelle ohne Quellenschatten, da die durch den Schatten der Primärquelle erzeugte Lücke durch die primäre Kompensationsstrahlung ausgefüllt ist, die direkt durch den ä Reflektor 2 hindurchgeht.

Pig.11 bis 14 stellen Ausführungsformen von Primärquellen nach der Erfindung dar.

Die Pig.11 unu 11a zeigen im Querschnitt buw. im Längsschnitt eine erste Ausbildungsform.

Die Primärq.uelle enthält einen Hohlleiter G- mit rechteckigem Querschnitt,' der über einen ebenfalls rechteckigen Hohlleiter H gespeist wird. In diesem breitet sich ausschliesslich eine Welle vom l'yp TE^₀ aus. Die Wände der beiden Hohlleiter bilden einen Winkel Θ. Dies hat zur Polge, dass die beiden Wellentypen TE.jQ und TE₀₁ gleichzeitig in dem Hohlleiter G- erzeugt werden. Die Phasendifferenz der beiden Wellentypen TJh₀ und TE₀^ am Ausgan,-;, der Qualle hängt von der Differenz der Ausbreitungsgeechwindigkeiten und von der Länge des Hohlleiters G ab. Diese Phasendifferenz hängt auch von der Betriebsfrequenz ab. Diese Anordnung arbeitet nur innerhalb einer kleinen Bandbreite.

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Die Pig.12 und 12astellen Schnitte einer zweiten Ausbildungsform dar. Diese Anordnung weist den strahlenden Hohlleiter G auf. Dieser Hohlleiter G ist an einen Hohlleiter H angeschlossen, in dem nur die TE₁₀-WeIIe existiert. Ein Koppler C zweigt einen Teil der Energie des Hohlleiters H ab und führt ihn bei E in der Wellenform TE₀₁ wieder ein. Der Koppler C und der Erregungspunkt E sind durch einen Hohlleiter von geeigneter länge miteinander verbunden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel geben die Pig.13 und 13a in Längs- und Querschnitt.. Der Koppler 0 ist an ein Koaxialkabel 0 angeschlossen, das derart mit dem Hohlleiter verbunden ist, dass darin eine Weo-le vom Typ TE_Q1 erzeugt wird. Zu diesem Zweck genügt es, die Kopplungssonde an der Schmalseite des Hohlleiters anzubringen.

Pur die beiden beschriebenen Anordnungen wird die Phasendifferenz zwischen der TE₁₀-WeIIe und der TE₀₁-WeIIe durch Wahl des Abstandes der Ebene des Kopplers 0 von der Ebene des Einführungspunktes E eingestellt. Die Bandbreite ist weit grosser als bei der Anordnung nach Pig.11.

Eine weitere Auiührung ist in dex Pig.14 perspektivisch und in Pig.14a im Schnitt dargestellt.

Im

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Im Hohlleiter 1 ist eine Welle des Typs TE₁₀ erregt. Mit Hilfe einer Sonde 7 wird ein Teil der Energie dieser Weile abgespalten und einem Phasenschieber 6 zugeführt.

An diesen ist der 3ummen-Pfad J eines schematisch angedeuteten "magischen T" angeschlossen, dessen Differenz-Pfad ^\ durch eine reflexionsfreie Last 11 abgeschlossen ist. Die beiden Ausgangspfade des "magischen G?¹ sind mit zwei Hohlleitern 21 und 22 über Leitungen gleicher elektrischer Länge verbunden. In den | beiden Hohlleitern 21 und 22 wiyd der Wellentyp TE₁₀ erregt. Sie sind symmetrisch mic einem Hohlleiter 23 gekoppelt, der sich an den Hohlleiter 1 anschliesst. Zu diesem Zweck münden die Hohlleiter 21 und 22 in den Hohlleiter 23 über zwei Schlitze 24 bzw. 25, die in den Breitseiten des Hohlleiters 23 angebracht sind.

Aus Fig.Ha erkenne man, dass sich in dem Hohlleiter 23 eine TE₀₁-WeIIe entwickelt, da die beiden Hohlleiter 21 und 22 gleichphasig erregt sind. Die Phasenverschiebung, die diese Welle gegenüber derTE₁₀-Welle auiweist, die in dem gleichen Hohlleiter 23 durch den Hohlleiter 1 erzeugt wird, ist durch die Einstellung des Phasenschiebers 6 festgelegt. Ein derartiges System eignet sich besonders für Monopuls-Geräte.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Antenne mit einem ersten, halMurchiässigen Reflektor und einem zweiten, den Polarisationszustand ändernden Reflektor und mit einer Primärqueile, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärstrahler (1) eine elliptisch, polarisierte elektromagnetische Welle abstrahlt, und dass Einrichtungen zur Einstellung der Orientierung der Ellipsenachsen sowie

W die Exzentrizität der Ellipse vorgesehen sind. (Fig.10).

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausstrahlung einer in einer vorgegebenen Richtung linear polarisierten Welle der erste Reflektor (2)

in an sich bekannter Weise aus einem Gitter von Metalldrähten oder Metallstreifen besteht, die senkrecht zu der vorgegebenen Richtung verlaufen, und dass der zweite Reflektor (3) in an . sich bekannter Weise ein Gitter aus Metalldrähten oder Metallstreifen, die gegen die vorgegebene Richtung geneigt sind, und einen metallischen Reflektor aufweist.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausstrahlung einer in einem vorgegebenen Sinne zirkulär polarisierten Welle der erste Reflektor aus einem Raster von Elementen besteht, die für eine im entgegengesetzten Sinne zirkulär polarisierte Welle in Resonanz sind, und dass der zweite Reflektor ein einfacher metallischer Reflektor ist.

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4. - Antenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärquelle aus der Mündung eines Hohlleiters (G- in den Pig. 11, 11a, 12, 12a, 13a) besteht, der so ausgebildet ist, dass er zur Übertragung von Wellen des Typs TEq₁ und des Typs TE₁₀ geeignet ist, und der durch einen Hohlleiter (H) gespeist wird, der nur zur Übertragung einer der beiden Wellentypen ausgebildet ist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass I die Achsen der beiden Hohlleiter zusammenfallen,, und dass die Symmetrieebenen der Hohlleiter einen Winkel θ bilden,

tr

aer von k· «■ verschieden ist, worin k eine ganze Zahl ist (Fig.11).

6. Antenne nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (O ,0 in Pig.13) vorgesehen sind, um einen Teil der Energie des Speisehohlleiters abzuspalten, und

in der anderen Welenform wieder in den die eigentliche a

Primärquelle bildenden Hohlleiter einzuführen.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die Einrichtungen aus zwei Kopplern (0_Q, C Pig.13) bestehen, die durch ein als Übertragungsleitung oder als Wellenleiter ausgebildetes Element verbunden sind.

8.

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8. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ; die Einrichtungen aus einer Sonde (7, Pig.10), einem mit der Sonde verbundenen einstellbaren Phasenschieber (6), einem symmetrischen Energieteiler (10) mit zwei Ausgängen, dessen Eingang mit dem Phasenschieber verbunden ist, und aus zwei Hohlleitern (21, 22) bestehen, die mit der einen Seite an die beiden Ausgänge des Energieteilers und mit der anderen Seite an zwei entgegengesetzt liegende Wände des die Primärqueile bildenden Hohlleiters derart angeschlossen cind, dass in diesem derjenige der beiden Wellentypen erzeugt wird, der in dem Speisehohlleiter nicht erzeugt wird.

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieteiler ala magisches T ausgebildet ist, dessen Summempfad (J) ^m^ ^ew. Phasenschieber (6) und dessen Differenzpfad (/\ ) mit einer angepassten Last verbunden ist.

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