DE1953732B2 - Antenne zur erzeugung eines eingesenkten kugelsektordiagrammes - Google Patents

Description

wesentlich geringer sind als diejenigen der äußeren mit fast vollkommener Rotationssymmetrie und mit Hornstrahler, dient lediglich zu einer geringfügigen einem absoluten Mindestgewinn von mehr als 18 db Korrektur der Strahlungsdiagramme. Bei einer weite- in einem Abstand voa 9,5° von der Mittelachs?, ren, aus der britischen Patentschrift 68¹ 780 bekann- Wenn diese Antenne auf einem stabilisierten Erdten Antenne ist ein Hornstrahler durch Querwände S Satelliten verwendet wird, der sich in der Synchronin mehrere Zellen unterteilt, die abwechselnd eine höhe befindet, liegt 9,5° am Erdrand, wo man geAnordnung zur Phasenumkehr enthalten, so daß be- wohnlich das schwächste Signal hat Außer zur Vernachbarte Hornstrahlerabschnitte jeweils um 180° wendung auf Satelliten ist die erfindungsgemäße Angegeneinander verschobene Wellen abstrahlen. Mit tenne auch als Speiseanordnung für Cassegrain-An-Hilfe dieser Antenne soll ein möglichst schmales io tennen nützlich.

Strahlungsdiagramm erhalten werden. Eine aus der Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in deutschen Patentschrift 943710 bekannte Antenne der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weist endlich eine Anzahl benachbarter Hornstrahler näher beschrieben und erläutert. Es zeigt auf, die in verschiedene Richtungeen abstrahlen und Fig. 1 eine neun Hornstrahler umfassende Anderen öffnungen eine Kugelfläche bilden. Auf diese 15 tenne nach der Erfindung ohne Speisesystem in per-Weise soll wenigstens angenähert eine Rundstrahl- spektivischer Darstellung,

charakteristik erzielt werden. Diese bekannten An- F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Antenne nach

tennen sind daher nicht dazu geeignet, ein Kugel- Fig. 1,

sektordiagramm zu erzeugen. F i g. 3 ein schematisches Schaltbild eines Speise-

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu 20 systems für die Antenne nach Fig. 1,

gründe, eine Antennenanordnung zur Erzeugung F i g. 4 das gemessene Strahlungsdiagramm Jci

eines eingesenkten Kugelsektordiagrammes zu schaf- Antenne nach F i g. 1 ohne Anwendung mehrerer

fen, das sich durch eine große Bandbreite und damit Wellentypen,

auch durch einen unkritischen Aufbau auszeichnet. F i g. 5 das gemessene Strahlungsdiagramm dei

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch 25 Antenne nach F i g. 1 mit Anregung mehrerer Wellengelöst, daß die Antenne einen mittleren Hornstrahler typen im mittleren Horn und

und eine Anzahl von kleineren, peripLeren Horn- F i g. 6 das Idealdiagramm für eine gleichmäßige

Strahlern umfaßt, die in gleichmäßigen Abständen um Erdbedeckung.

den mittleren Hornstrahler herum angeordnet sind Die in den F i g. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel und die gleiche Ausrichtung haben wie der mittlere 30 dargestellte Antenne weist einen konischen mittleren Hornstrahler, wobei die Anzahl der peripheren Horn- Hornstrahler 10 auf, der an einer Scheibe 12 mit strahler gleich einer ganzzahligen Potenz von zwei, Hilfe eines Abstandsringes 14 befestigt ist, der seinermindestens jedoch gleich vier ist, daß mit den Horn- seits mit einem Flansch am Halsabschnitt des Hornstrahlern eine Speiseanordnung zum Zuführen eines Strahlers verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist eine Signals in der Weise verbunden ist, daß in allen 35 Anzahl kleinerer konischer Hornstrahler 16 bis 23 Hornstrahlern Wellen gleichen Typs und gleicher in gleichen Abständen um den mittleren Hornstrahler Polarisation anregbar sind, jedoch die den peripheren 10 herum angeordnet und parallel zu dem mittleren Hornstrahlern zugefühlte Leistung nur einen Bruch- Hornstrahler ausgerichtet. Obwohl eine Anzahl von teil der dem mittleren Hornstrahler zugeführten Lei- Hornstrahlern benutzt werden kann, die einer ganzstung beträgt und die Phase der in den peripheren 40 zahligen Potenz von 2, also 2, 4, 8, 16 usw. gleich Hornstrahlern angeregten Wellen zur Phase der im ist, hat es sich herausgestellt, daß die Verwendung mittleren Hornstrahler angeregten Welle um 180° von acht konischen Hornstrahlern 16 bis 23 im Hinverschoben ist. blick auf das Verhältnis der Öffnungsflächen und der

Hornstrahler sind als solches sehr breitbandige Einfachheit der Speisung besonders vorteilhaft ist.

Gebilde, und es kann durch geeignete Auslegung der 45 Damit die kleineren konischen Hornstrahler 16 bis 23

Speiseanordnung ohne weiteres dafür Sorge getragen den mittleren Hornstrahler 10 lückenlos umgeben,

werden, daß die gewünschte gleich- bzw. gegen- wurde der Durchmesser ihrer öffnungen gleich dem

phasige Anregung der verschiedenen Hornstrahler 0,618fachen des Durchmessers der öffnung des mitt-

ebenfalls in einem sehr großen Frequenzbereich ge- leren Hornstrahlers 10 gewählt. Unter diesen Um-

währleistet ist. Da außerdem Hornstrahler einen sehr 50 ständen ergibt sich für das Verhältnis der Fläche der

einfachen und ebenfalls unkritischen Aufbau haben, öffnungen der kleineren Hornstrahler 16 bis 23 zur

genügt die erfindungsgemäßc Antenne den Forderun- Fläche der öffnung des mittleren Hornstrahlers 10

gen nach großer Bandbreite und einfachem, unkriti- der Wert 3. Weiterhin bestimmt der öffnungswinkel

schem Aufbau. des mittleren Hornstrchlers 10 und der peripheren

Es ist bekannt, daß eine Feldverteilung an der öff- 55 Hornstrahler 16 bis 23 die Phasenfront an der entnung einer Antenne, die einer Lambdafunktion/, (U)Iu sprechenden Hornstrahleröffnung. Größere öffnungsgehorcht, ein genaues eingesenktes Kugelsektordia- winkel haben stärker konvex gekrümmte Phasengramm erzeugt, sofern die Öffnung der Antenne un- fronten zur Folge als kleinere Öffnungswinkel. Die endlich groß ist. Bei der erfindungsgemäßen Antenne Scheibe 12 enthält acht in gleichen Abstanden von wird diese Öffnungsverteilung durch die Hornstrahler 60 einander angeordnete Radialschlitze, die dazu dienen angenähert, von üenen der mittlere Hornstrahler eine die Halsabschnitte der peripheren Hornstrahler 16 bi: Verteilung liefert, welche die Hauptkeule der Funk- 23 aufzunehmen und deren Flansche an der Scheibi tion J₁ (u)lu annähert, während der Ring kleinerer zu befestigen. Im mittleren Hornstrahler 10 könnet Hornstrahler, deren Felder gegenüber dem Feld des in bekannter Weise mehrere Wellenlypen angcre« mittleren Hornstrahlers um 180° phasenverschoben 65 werden. Das Anregen mehrcicr Wcllentypen kam sind, die Verteilung des ersten Nebenzipfels der auch in der Weise erfolgen, wie es in der de;:^;hci Funktion J₁ (U)Iu annähern. Die resultierende An- Offenlegungsschrift 1 953 083 beschrieben ist. tenne erzeugt ein eingesenktes Kugelsektordiagramm Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung zur

Speisen der neun Hornstrahler umfassenden Antenne 40 hat Schultern 44 und 45, die 3,6 db über der nach Fig. 1. Wie oben erläutert, erzeugen die neun Intensität des Mittelstrahles liegen, so daß ein Signal-Hornstrahler eine Näherung der »Hauptkeule« 27 maximum gegen die vom Satelliten 42 aus gesehene und der »ersten Nebenzipfel« 28 einer Lambdafunk- Erdkante gerichtet ist. Auf diese Weise wird ein im tion Z₁ («)/«, wie es durch die Kurve 30 in Fig. 3 5 wesentlichen gleichförmiges Signal dem Teil der Erdwiedergegeben ist. Zu diesem Zweck führt eine Lei- oberfläche zugeführt, die von dem Signal überdecki tung von einem Eingang 25 durch einen Leistungs- wird. Die Schultern 44 und 45 des Diagramms 4(1 teiler 26 zum mittleren Hornstrahler 10. Das An- haben eine Breite in der Größenordnung von 1°, um tennendiagramm erhält seine Form durch die Vertei- kleine Fehler in der Ausrichtung des Satelliten 42 zulung der Leistung auf den mittleren Hornstrahler 10 10 zulassen. Im Gegensatz zu dem idealen Diagramm 4C und die peripheren, kleineren Hornstrahler 16 bis 23. ist das übliche Diagramm 41 am Rand der Erde am Damit die Charakteristik 30 angenähert wird, leitet schwächsten, wo ein maximales Signal benötigt wird der Leistungsteiler 26 einen Anteil von 95 °/o der ihm Weiterhin geht ein wesentlicher Anteil der Energie zugeführten Leistung dem mittleren Hornstrahler 10 des Diagramms 41 verloren, weil dieser Teil dei zu. Die restliche Leistung wird vom Leistungsteiler i₅ Energie die Erde nicht erreicht.
26 dem Parallelarm eines magischen Γ32 zugeführt, Beim Betrieb der neun Hornstrahler umfassender dessen Serienarm abgeschlossen ist. Die Ausgangs Antenne nach F i g. 1 wird das Idealdiagramm 4C arme des magischen T 32 sind ihrerseits mit den Par- durch Verwendung eines Öffnungswinkels von etw£ allelarmen von magischen T 33 und T 34 verbunden, 10^c für den mittleren Hornstrahler 10 und für die deren Serienarme wieder abgeschlossen sind. Die 20 peripheren Hornstrahler 16 bis 23 und durch eine Ausgangsarme der magischen T 33 und T 34 sind solche Einstellung des Leistungsteilers 26 angenähert dann mit den Parallel-Eingangsarmen von magischen daß 95 ⁰Zo der zugeführten Leistung an den mittlerer Γ 35, T 36, Γ 37 und Γ 38 verbunden, deren Serien- Hornstrahler 10 weitergeleitet und die restlichen 5°,< arme wieder abgeschlossen sind. Die Ausgangsarme der Eingangsleistung von den magischen 732 bii der magischen T 35, T 36, T 37 und T 38 sind end- 25 T 38 auf die peripheren Hornstrahler 16 bis 23 ver lieh mit den Eingangsflanschen der kleineren koni- teilt werden. In jedem der peripheren Homstrahlei sehen Hornstrahler 16 bis 23 verbunden. Die Ein- 16 bis 23 und im mittleren Hornstrahler 10 wird ein« gänge der konischen Hornstrahler 16 bis 23 sind in r£_n-GrundwelIe angeregt. Unter diesen Umständer solcher Weise ausgerichtet, daß die Phase des Signals erzeugt die neun Hornstrahler umfassende Antenne das an den entsprechenden öffnungen der Horn- 30 nach F i g. 1 einen Strahl mit dem durch die Kurv« strahler erscheint, um 180° gegenüber der Phase des 50 wiedergegebenen Verlauf in der Η-Ebene, den Signals verschoben ist, das an der öffnung des mitt- durch die Kurve 52 wiedergegebenen Verlauf in de! leren Hornstrahlers 10 erscheint. Die Phasendifferenz Ε-Ebene und dem durch die Kurve 54 wiedergegebe von 180° wird wegen der entgegengesetzten Polari- nen Verlauf in einer Diagonalebene, wie es Fig.' tat des »ersten Nebenzipfels« 28 zu dem »Haupt- 35 zeigt. Die Kurven 50, 52 und 54 bilden ein Dia zipfel« 29 der Kurve 30 verwendet. Alle Eingänge gramm, das außer Rotationssymmetrie und Polari· zu dem mittleren Hornstrahler 10 und den periphe- sationsreinheit eine Breite von Schulter zu Schultei ren Hornstrahlern 16 bis 23 sind so ausgebildet daß von 19^C aufweist, welche die Breite des idealen Dia eine TE_n -Grundwelle angeregt wird, die im Falle gramms40 nach Fig. 6 annähert. Die Nebenzipfe des mittleren Hornstrahlers 10 noch in mehrere 40 des durch die Kurven 50, 52 und 54 wiedergegebenei andere Wellentypen umgewandelt werden kann. In Strahlungsdiagramms können durch die Anwendum dem Fall, daß eine doppelte orthogonale Polarisie- mehrerer Wellentypen im mittleren Hornstrahler 1( rang gewünscht wird, kann ein nicht näher dargesteli- in der Weise vermindert werden, wie es> Ία der oben ter Orthogonalmodentransfonnator zwischen jeden erwähnten deutschen Offenlegungsschrift 1 953 08^ der Hornstrahler 10 und 16 bis 23 und das Speise- 45 beschrieben ist. Wenn in dem mittleren Homstrahlei netzwerk nach F i g. 3 eingeschaltet werden, und es 10 in dieser Weise mehrere Wellentypen angereg kann an diese Orthogonalmodentransformatoren ein werden, erzeugt die Antenne nach Fig. 1 das ii gleichartiges Netzwerk für den orthogonalen Modus Fig.5 angegebene Strahlungsdiagramm mit deangeschlossen werden. Weiterhin versteht es sich, daß Kurve 56 für die ff-Ebene, der Kurve 58 für di< von einigen oder von allen magischen Γ 32 bis Γ 38 so Ε-Ebene und der Kurve 60 für die Diagonalebene die Anschlußwiderstände entfernt werden können, Es ist ersichtlich, daß die Größe der Nebenzipfe um eine Information zur Korrektur eines Ausrich- gegenüber den Nebenzipfeln der Kurven 50, 52 un< tungsfehlers der Antenne zu erhalten, wie es vom 54 des Diagramms nach Fig.4 bedeutend reduzier Monopulsbetrieb her bekannt ist. Im Fall der An- sind. Wie zuvor beträgt die Schulterbreite der Kur wendung der Antenne auf einem stabilisierten Satel- 55 ven 56, 58 und 60 jeweils 19°, so daß das ideal* üten ist eine Fehlerkorrektur nicht erforderlich, weil Diagramm 40 für eine Erdbedeckung von einem Syn zwischen dem Sender und dem Empfänger keine chronsatelhten aus angenähert wird. Bei anderei andere Bewegung stattfindet als die geringfügigen Anwendungen, beispielsweise bei der Speisung eine Schwankungen, die von der Stabilisierung herrühren. Cassegrain-Antenne, kann vom Leistungsteiler IX Fig.6 zeigt ein für die Bedeckung der Erde 60 eine andere Aufteilung der Leistung gefordert wer ideales Diagramm 40 im Verhältnis zu einem üblichen den und es können bei den Hornstrahlern größen Diagramm 41 beim Betrieb von einem synchronisier- öffnungswinkel Anwendung finden, je nach de ten Satelliten 42 bzw. 43 aus. Das ideale Diagramm Größe des Reflektors und nach der Frequenz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

sind, daß die beiden Ausgangsarme des siebten Patentansprüche: magischen T (32) jeweils mit dem Parallel-Ein gangsarm eines der beiden weiteren magischen

1. Antenne zur Erzeugung eines eingesenkten T (33 und 34) verbunden sind und daß ein Lei-Kugelsektordiagrammes, dadurch gekenu- 5 stungsteiler (26) vorgesehen ist, dem das Signal zeichnet, daß sie einen mittleren Hornstrah- zugeführt wird und von dessen Ausgängen der ler (10) und eine Anzahl von kleineren, periphe- eine mit dem Eingang des mittleren Hornstrahren Hornstrahlern (16 bis 23) umfaßt, die in lers (10) und der andere mit dem Parallel-Eingleichmäßigen Abständen um den mittleren Horn- gangsann des siebten magischen T (32) verbunstrahler herum angeordnet sind und die gleiche 10 den ist Ausrüstung haben wie der mittlere Hornstrahler,

wobei die Anzahl der peripheren Hornstrahler

(16 bis 23) gleich einer ganzzahligen Potenz von
zwei, mindestens jedoch gleich vier ist, daß mit
den Hornstrahlern eine Speiseanordnung (25, 26, 15

32 bis 38) zum Zuführen eines Signals in der Die Erfindung geht aus von einer Antenne zur Er-

Weise verbunden ist, daß in allen Hornstrahlern zeugung eines eingesenkten Kugelsektordiagrammes. Wellen gleichen Typs und gleicher Polarisation Eine solche Antenne ist in der Zeitschrift »Frequenz«, anregbar sind, jedoch die den peripheren Horn- 1969, Heft 5, S. 156 bis 165, beschrieben. Die bestrahlern (16 bis 23) zugeführte Leistung nur 20 kannte Antenne besteht aus zwei axial hintereinander einen Bruchteil der dem mittleren Hornstrahler angeordneten Hohlleiterabschnitten mit kreisrundem (10) zugeführten Leistung beträgt und die Phase Querschnitt, von denen der zum Anschluß an die der in den peripheren Hornstrahlern (16 bis 23) Speiseleitung bestimmte Abschnitt einen Durchmesangeregten Wellen zur Phase der im mittleren ser von 0,7 / und der zum Abstrahlen der Welle Hornstrahler (10) angeregten Welle um 180° ver- 25 dienende, nach vorn offene Hohlleiterabschnitt einen schoben ist. Durchmesser von 2,1 λ aufweist. Im Abstand vor

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dem vorderen Ende des hinteren, inneren Hohlleiterzeichnet, daß die Gesamtfläche der öffnungen der abschnittes, der ein Stück in den vorderen, topfartiperipheren Hornstrahler (16 bis 23) etwa das gen Hohlleiterabschnitt hineinragt, befindet sich eine dreifache der Fläche der öffnung des mittleren 30 ringförmige Metallscheibe, die vier auf den Seiten Hornstrahlers (10) beträgt. eines Quadrates liegende Schlitze aufweist An der

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Kante des überstehenden hinteren Hohlleiterabschnitgekennzeichnet daß die öffnung des mittleren tes, dessen überstehender Teil in zu den Schlitzen in Hornstrahlers (10) und die öffnungen der peri- der Metallscheibe senkrechten Diagonalebenen einpheren Hornstrahler (16 bis 23) in einer gemein- 35 geschlitzt ist, werden höhere Hohlleiterwellentypen samen Ebene liegen. angeregt die mit Hilfe des Ringes derart gegen die

4. Antenne nach einem der vorhergehenden Grundwelle abgestimmt werden, daß in der öffnung Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem der Antenne eine Feldverteilung entsteht, welche in mittleren Hornstrahler (10) 95 %> und den peri- den Randbezirken gegenphasig zum Zentrum ist. Eine pheren Hornstrahlern (16 bis 23) insgesamt 40 solche Feldverteilung führt zu einem angenähert die restlichen 5°/o der verfügbaren Signalleistung rotationssymmetrischen, eingesenkten Kugelsektorzugeführt werden. diagramm. Es ist jedoch bei der bekannten Antenne

5. Antenne nach einem der vorhergehenden schwierig, andere Wellentypen als die 7"E₁₁-, 77/,,-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der und JE₁₂-WeIIe zu unterdrücken. Außerdem isi di. mittlere Hornstrahler (10) mit Einrichtungen für 45 gewünschte Feldverteilung in der öffnung der Aneine Anregung mehrerer Wellentypen versehen tenne in hohem Maße von den Abmessungen dei ist. Antenne abhängig. So wird beispielsweise das Aus-

6. Antenne nach einem der vorhergehenden maß der erwünschten zentralen Einsenkung durch Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den überstehenden Teil des hinteren Hohlleitermittlere Hornstrahler (10) kegelförmig ausgebil- 50 abschnittes bestimmt. Infolgedessen ist diese be det und von acht kegelförmigen, peripheren Horn- kannte Antennenanordnung extrem schmalbandij Strahlern (16 bis 23) umgeben ist und die Ener- und daher für alle solche Fälle nicht geeignet, be gie sowohl von dem mittleren Hornstrahler als denen es auf eine große Bandbreite ankommt. Außer auch von den penpheren Hornstrahlern als JE₁₁- dem müssen wegen der Schmalbandigkeit der be Grundwelle abgestrahlt wird. 55 kannten Antenne deren Abmessungen mit hoher Ge

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekenn- nauigkeit eingehalten werden, was sich für die Ferti zeichnet, daß die mit den Eingängen des mittle- gung einer solchen Antenne sehr nachteilig auswirkt ren Hornstrahlers (10) und der peripheren Horn- Es sind ferner Antennen bekannt, die aus Horn strahler (16 bis 23) verbundene Speiseanordnung Strahlergruppen bestehen. Diese bekannten Antenna sieben magische T (32 bis 38) mit je einem Par- 60 dienen jedoch nicht zur Erzeugung von eingesenktei allel-Eingangsarm und zwei Ausgangsarmen um- Kugelsekiordiagrammen.

fassen, daß die beiden Ausgangsarme von vier So umfaßt eine aus der USA.-Patentschrif

magischen T (35 bis 38) jeweils mit dem Eingang 3 045 238 bekannte Monopulsantenne vier symme

eines der acht peripheren Hornstrahler (16 bis 23) irisch zu einem mittleren Hornstrahler angeordnet! verbunden sind, daß die beiden Ausgangsarme 65 Hornstrahler, bei der die Strahlungsdiagramme de

von je zwei weiteren magischen T (33 und 34) vier peripheren Hornstrahler einzeln zur Bildung voi

jeweils mit dem Parallel-Eingangsarm eines der Summen- und Differenzsignalen ausgenutzt werden

vier ersten magischen T [35 bis 38) verbunden Der mittlere Hornstrahler, dessen Abmcssungc.