DE1817585A1

DE1817585A1 - Zielverfolgungsantenne

Info

Publication number: DE1817585A1
Application number: DE19681817585
Authority: DE
Inventors: Ralph Graham
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1968-01-02
Filing date: 1968-12-31
Publication date: 1974-08-01
Also published as: GB1331221A; US3792480A; FR1605256A; NL6818798A

Description

ELLIOTT BROTHERS (LOUDOH) LIMITED

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Zielverfolgungsantenne

Die Erfindung "betrifft das Gebiet der Präzisionszielverfolgungsantennen, und zwar insbesondere das Gebiet der Mikrowellenantennen mit konkavem Parallelstrahlreflektor. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf die Klassen der sogenannten "versetzten" oder "asymmetrischen" Reflektorantennen, bei denen der Reflektor auf der -einen Seite der Antennenachse liegt.

Derartige Antennen werden häufig in Radar- und Nachrichtensystemen benutzt. Sie haben den TTorteil,- daß das Speisesystem die gesamte Reflektorfläche bestrahlen kann und daß die

gesamte reflektierte Energie von der Antenne abgestrahlt wird, ohne durch Schattenbildung oder Verdunkelung durch irgendeinen Teil des Speisesystems "behindert zu werden.

Die Erfindung geht aus von einem speziellen Typ einer solchen Antennenanordnung, bei dem in Verbindung mit dem versetzten Hauptreflektor ein ebenfalls versetzter Hilfsreflektor benutzt wird. Bei einer bekannten Antennenanordnung dieses Typs ist der vom Hauptreflektor abgestrahlte Strahl seitlich in bezug auf die Reflektorachse verschoben und der Fokus des Hauptreflektors wie auch das Speisesystem sind auf der Achse des Hauptreflektors angeordnet.

Bei der genauen Verfolgung einer weit entfernten Quelle oder eines Radarzieles leidet die versetzte Antennenanordnung dieses Typs - im Vergleich mit einer symmetrischen Antenne, bei der das Speisesystem auf der Antennenmittellinie liegt - unter nachteiligen Erscheinungen, nämlich den folgenden: Wenn das Antennenspeisesystem zum Empfang von planpolarisierter Energie ausgelegt ist, hängt die Richtung der Strahlachse von der Polarisation der empfangenen Energie ab. Dies ist ein unter der Bezeichnung "bore-sight jitter" bekannten Phänomen. Wenn eine solche Antenne dagegen zum Empfang von zirkulär polarisierter Energie ausgelegt ist, hängt die Richtung der Radarachse von der Operationsfrequenz ab. Dies ist ein ebenfalls bekanntes Phänomen, das häufig auch als "frequency sensitive squint" bezeichnet wird. Diese beiden Phänomene gehen auf die Tatsache zurück, daß das elektrische und magnetische Feld gekrümmt ist, nachdem die aus dem Speisesystem austretende Energie vom Hauptreflektor reflektiert worden ist.

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Es sind "bereits verschiedene Möglichkeiten für die Begradigung der Feldlinien des Hauptreflektors "bekannt. Beispielsweise sind für diesen Zweck die Verwendung eines speziell angepaßten Speisesystems oder eines aus genau parallelen Drähten oder Streifen aufgebauten Reflektors vorgeschlagen worden. Es ergeben sich dabei jedoch Nachteile, indem z.B. solche Antennensysteme schwierig herstellbar sind oder nur mit einer Sorte an Polarisation arbeiten.

Mit der Erfindung sollen bei einer mit Parallelstrahlhauptreflektur, Hilfsreflektor und Sepeisesystem in versetzter Anordnung ausgerüsteten Zielverfolgungsantenne die Phänomene des "bore-sight jitter" und des "frequency sensitive squint" mit einfachen, wenig aufwendigen Maßnahmen wirkungsvoll vermieden oder zumindest vermindert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Speisesystem gegenüber der Achse des Hauptreflektors seitlich verschoben und die Achse des Hilfsreflektors schräg zur Achse des Hauptreflektors verlaufend angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die erwähnten nachteiligen Phänomene sich in verblüffend einfacher Weise durch Veränderung der Positionen des Hilfsreflektors und des Speisesystems relativ zum Hauptreflektor beseitigen oder zumindest wesentlich vermindern lassen. Dadurch ergibt sich ohne zusätzlichen Bauaufwand lediglich durch Justierung des Abstandes der Speisequelle von der Achse des Hauptreflektors sowie des Winkels zwischen der Achse des Hauptreflektors und der Achse des Hilfsreflektors der angestrebte Erfolg. Bei den

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bisherigen Antennensystemen dieses Typs war demgegenüber immer davon ausgegangen worden,, daß das Speisesystem auf der Achse des Hauptreflektors liegt und die Achse des Hilfsreflektors mit der Achse des Hauptreflektors koinzidiert.

Bevorzugt sind der Hilfsreflektor und der Hauptreflektor als Teile eines Hyperboloids bzw. eines Paraboloids ausgebildet, jedoch können auch andere zusammenwirkende Paare von Oberflächenformen verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen mit dem Stand der Technik verglichen und näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine bekannte Ausführungsform eines versetzten Antennensystems,

Fig. 2 den gekrümmten Verlauf der elektrischen und magnetischen Feldlinien, die vom Hauptreflektor gemäß Fig. 1 abgestrahlt werden,

Fig. 3 schematisch ein versetztes Antennensystem gemäß der Erfindung,

Fig. 4 die von dem Antennensystem gemäß Fig. 3 erzeugten Feldlinien.

Das bekannte Antennensystem gemäß Fig. 1 enthält ein Speisesystem 1, das Energie auf einen Hilfsreflektor 2 abstrahlt.

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Yon dort aus wird die Energie zu einem Hauptreflektor 3 reflektiert, und sie verläßt diesen Hauptreflektor in Porm eines parallelen Strahls 4. Der Hauptreflektor 3 ist versetzt zu seiner Achse 5 angeordnet, und der Fokus 6 des Hauptreflektors wie auch die Speisequelle 1 liegen auf der Achse 5.

Die Nachteile dieser bekannten Anordnung sind bereits eingangs diskutiert worden und anhand von Pig. 2 noch einmal veranschaulicht.

Das erfindungsgemäß verbesserte Antennensystem ist in einem Ausführungsbeispiel in Pig. 3 gezeigt. Dieses System kann, in der üblichen Weise, sowohl zum Empfang als auch zum Aussenden von Energie verwendet werden.

Bei dem Antennensystem gemäß Pig. 3 ist der Hauptreflektor 10 ein als Ausschnitt eines Paraboloids geformter, konkaver Parallelstrahlreflektor, der einen parallelen Strahl 11 abstrahlt* Die Achse 12 dieses Strahls ist parallel und versetzt zur Achse 13 des Hauptreflektors. Das. Speisesystem 14 ist dem Wesen nach eine punktförmige Quelle, die einen divergenten Strahl 15 abstrahlt. Dieser Strahl 15 wird von der Oberfläche eines als Ausschnitt eines Hyperboloids ausgebildeten Hilfsreflektors 16 auf den Hauptreflektor reflektiert. Das Speisesystem 14 liegt auf der Achse 17 des hyperbolischen Hilfsreflektors, und zwar in einem der Brennpunkte des Hyperboloids. Der andere Brennpunkt des Hyperboloids koinzidiert mit dem Pokus 18 des Hauptreflektors.

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Es ist im Vergleich mit der Anordnung gemäß I¹Ig. 1 zu erkennen, daß bei der Anordnung gemäß Pig. 3 der Hilfsreflektor 16 und das Speisesystem 14 um den Fokus 18 so gedreht worden sind, daß die Speisequelle im Abstand von der Achse 13 ci.es Hauptreflektors seitlich verschoben ist, und daß die Achse 17 des Hilfsreflektors schräg zur Achse 13 des Hauptreflektors verläuft. Dies macht es nötig, die obere Kante der hyperbolischen Oberfläche etwas nach oben zu verlagern, so daß ein etwas anderer !eil des Hilfsreflektors 16 verwendet wird, verglichen mit dem Hilfsreflektor 2 in Pig. 1.

Wie sich aus Pig. 4 ergibt, ist die in Pig. 2 gezeigte Verzerrung der Peldlinien bei dem Antennensystem gemäß Pig. 3 praktisch eliminiert. Dieser Erfolg läßt sich durch Einjustierung und gegenseitige Anpassung folgender Parameter optimalisieren:

a) Brennweite des Hauptreflektors,

b) Exzentrizität des Hilfsreflektors,

c) den benutzten Oberflächenbereich des Hauptreflektors,

d) Abstand des Speisesystems vom Pokus,

e) Verlagerung des Speisesystems von der Achse,

f) Orientierung des Speisesystems,

g) Art des Speisesystems.

Allgemein gelten für die Werte dieser Parameter die folgenden Überlegungen:

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a) Eine Vergrößerung der Brennweite des Hauptreflektors führt zu einer Verminderung der Polarisationsverzerrung, aber auch zu einer Vergrößerung des Raumbedarfs sowie zu einer Erhöhung des Gewichts und damit der Massenträgheit des Systems.

b) Eine Vergrößerung der Exzentrizität des
Hilfsreflektors .führt zu einer Verminderung der Verzerrung, vermindert aber auch die Möglichkeit, den Strahl durch Bewegung des Hilfsreflektors abzutasten.

c) Eine Verminderung des Betriebsgebietes des
Hauptreflektors führt zu einer Verminderung der Verzerrung, aber auch zu einer schlecht e r en Raumausnut ζ ung.

d) Eine Vergrößerung des Äbstandes des Speisesystems vom !Fokus führt zu einer Verminderung der Verzerrung und vergrößert die Möglichkeit, durch Bewegung des Hilfsreflektors den Strahl abzutasten.

e) Me Verlagerung des Speisesystems von der
Achse kann so gewählt werden, daß sich bei
akzeptablen Werten für die übrigen Parameter eine minimale Verzerrung einstellt.

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BAD ORIGINAL

f) Das Speisesystem ist normalerweise so orientiert, daß die Energie gegen das Zentrum der Reflektoren gerichtet wird.

g) Als Speisesystem wird ein Horn bevorzugt, da sich dann eine "besonders wirksame Bestrahlung der Reflektoren ergibt.

Wie "bereits erwähnt, sind der Hilfsreflektor 16 und der Hauptreflektor 10 vorzugsweise hyperbolisch bzw. parabolisch ausgebildet, wenngleich auch andere zusammenpassende Flächenformen verwendet werden können. Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf hyperbolische bzw. parabolische Reflektoren. Dafür gelten in einem speziellen Zahlenbeispiel folgende Werte für die wählbaren Parameter:

a) Brennweite

b) Exzentrizität

c) Reflektoroberfläche

d) Fokusabstand des Speisesystems

e) Achsverlagerung des ) Speisesystems '

f) Orientierung des Speise-) systems · '

g) Art des Speisesystems

100 Längeneinheiten 1,85

Bereich von 40 - 150 Einheiten, gemessen von der Achse 13 aus

100 Einheiten 4 Verschwenkung um den Fokus 18
Strahlachse 15 ° gegenüber der Achse 17 geneigt Horn

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- Patentansprüche -

— 9 —

Claims

Patentansprüche

( 1J Zielverfolgungsantenne mit einem Parallelstrahl-Hauptreflektor, einem Hilfsreflektor und einem Speisesystem in solcher Anordnung zueinander, daß die vom Speisesystem abgestrahlte Energie vom Hilfsreflelctor nach außen auf den Hauptreflektor reflektiert wird und diesen in Form eines versetzt zur Achse des Hauptreflektors verlaufenden parallelen Strahls verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisesystem (H) gegenüber der Achse (13) des Hauptreflektors (10) seitlich verschoben und die Achse (17) des Hilfsreflektors (16) schräg zur Achse des Hauptreflektors verlaufend angeordnet sind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor die Form eines ParabοIoidausschnittes und der Hilfsreflektor die Form eines Hyperboloidausschnittes besitzt.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Brennpunkt des Hilfsreflektors (16) mit dem Fokus (18) des Hauptreflektors (10) koinzidiert und in dem zweiten Brennpunkt des Hilfsreflektors das Speisesystem (14) angeordnet ist.

4o Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

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a) eine Brennweite des Hauptreflektors (10)

von 100 Längeneinheiten,
"b) eine Exzentrizität des Hilfsreflektors (16) von 1,85,

c) einen benutzten Oberflächenbereich des Hauptreflektors (10) zwischen 40 und 150 Längeneinheiten, gemessen senkrecht zur Achse (13) des Hauptreflektors,

d) einen Abstand des Speise systems (H) vom Fokus (18) des Hauptreflektors von 100 Längeneinheiten,

e) eine Verlagerung des Speisesystems von der Achse (13) des Hauptreflektors um 4 °, "bezogen auf den Fokus (18) des Hauptreflektors und

f) eine Orientierung des Speisesystems mit einem Winkel von 15 zwischen der Achse des vom Speisesystem abgestrahlten Strahls (15) und der Achse (17) des Hilfsreflektors.

5· Antenne nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß das Speisesystem ein Horn ist.

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