DE1953732C3 - Antenne zur Erzeugung eines eingesenkten Kugelsektordiagrammes - Google Patents

Description

wesentlich geringer sind als diejenigen der äußeivn Hornstrahler, dient lediglich zu einer geringfügigen Korrektur der Strahlungsdiagramme. Bei einer weiteren, aus der britischen Patentschrift 6Hi 781) bekannten Antenne ist ein Hornstrahler durch Querwände in tnehreie Zellen unterteilt, die abwechselnd eine Anordnung zur Phasenumkehr enthalten, so daß benachbarte Hornslrahlcrabscliiiiiie jeweils um 180
gegeneinander verschobene Wellen abstrahlen. Mit Hilfe dieser Antenne soll ein möglichst schmales Strahlungsdiagramm erhalten werden, [-.ine aus der deutschen Patentschrift "43 710 bekannte Antenne weist endlich eine Anzahl benachbarter Hornstrahler auf, die in verschiedene Richtungen abstrahlen und deren öffnungen eine Kugellläche bilden. Auf diese Weise soli wenigstens angenähert eine Rundslrahlchaiakteristik erzielt werden. Diese bekannten Antennen sind daher nicht da/u geeignet, ein Kugelsekturdiagramm zu erzeugen.

Der Erfindung f.egt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung /ur Lirzeugung eines eingesenkten Kugelsektordiagrammes zu schaffen, das sich durch eine große Bandbreite und damit auch durch einen unkritischen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Antenne einen mittleren Hornstrahler und eine Anzahl von kleineren, peripheren Hornstrahlern umfaßt, die in gleichmäßigen Abständen um den mittleren Hornstrahler herum angeordnet sind und die gleiche Ausrichtung haben wie der mittlere Hoi nstrahler, wobei die Anzahl der peripheren Hornstrahler gleich einer ganzzahligen Potenz von zwei, mindestens jedoch gleich vier ist, daß mit den Hornstrahlern eine Speiseanordnung zum Zuführen eines Signals in der Weise verbunden ist, daß in allen Hornstrah'jrn Wellen gleichen Typs und gleicher Polarisation anregbar sind, jedoch die den peripheren Hornstrahler!! zugeführtc Leistung nur einen Bruchteil der dem mittleren Hornstrahler zugeführten Leistung beträgt und die Phase der in den peripheren Hornstrahlern angeregten Wellen zur Phase der im mittleren Hornstrahler angeregten Welle um 180 ' verschoben ist.

Hornstrahler sind als solches sehr breitbandige Gebilde, und es kann durch geeignete Auslegung der Speiseanordnung ohne weiteres dafür Sorge getragen werden, daß dij gewünschte gleich- bzw. gegenphasige Anregung der verschiedenen Hornstrahler ebenfalls in einem sehr großen Frequenzbereich gewährleistet ist. Da außeidem Hornstrahler einen sehr einfachen und ebenfalls unkritischen Aufbau haben, genügt die erfindungsgemäße Antenne den Forderungen nach großer Bandbreite und einfachem, unkritischem Aufbau.

Ls ist bekannt, daß eine Feldverteilung an der Öffnung einer Antenne, die einer Lambdafunktion./, {u)/u gehorcht, ein genaues eingesenktes Kugelsektordiagramm erzeugt, sofern die öffnung der Antenne unendlich groß ist. Bei der erfindungsgemäßen Antenne wird diese öfTnungsverteikmg durch die Hornstrahler angenähert, von denen der mittlere Hornstrahler eine Verteilung liefert, welche die Hauptkeule der Funktion J₁ (ii)/u annähert, während der Ring kleinerer Hornstrahler, deren Felder gegenüber dem Feld des mittleren Hornstrahler um 180 phasenverschoben sind, die Verteilung des ersten Nebenzipfels der Funktion Z₁ (h)/i< annähern. Die resultierende Antenne erzeugt ein eingesenktes Kugclsektordiagramm

mit fast vollkommener Rotalionssymmeiriü und mit einem absoluten Mindestgewinn von mehr als ISdIi in einem Abstand von 9.5' von der Mittelachse. Wenn diese Antenne auf einem stabilisierten Frd-5 Satelliten verwendet wird, der sich in der Synchronhöhe befindet, liegt 9,5" am Hrdrand, wo man gewöhnlich das schwächste Signal hat. Außer zur Veiwendung auf Satelliten ist die erimduugsgemaße An tenne auch als Speiseanordnung für Cassegrain-Anlo tennen nützlich.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung" dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. F.s zeigt

Fig. 1 eine neun Hornstrahler umfassende Antenne nach der Erfindung ohne Speisesystem in perspektivischer Darstellung,

Fig 2 einen Längsschnitt durch die Antenne nach

Fig. L

Fig. 3 ein schematischcs Sc'ialtbild eines Speisesystems für die Antenne nach Fi g. 1,

Fig. 4 das gemessene Strahlungsdiagramm der Antenne nach Fig. 1 ohne Anwendung mehrerer Weiientypen,

Fig. 5 das gemessene Strahlungsdiagramm der

Antenne nach F ig. 1 mit Anregung mehrerer Wellentypen im mittleren Horn und

Fig. ft das Idealdiagramm für eine gleichmäßige Eidbedeckung

Die in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel

3Q dargestellte Antenne weist einen konischen mittleren Hornstrahler 10 auf, der an einer Scheibe 12 mit Hilfe eines Abstandsringes 14 befestigt int, der seinerseits mit einem Flansch am Halsabschnitt des Hornstrahlers verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist eine Anzahl kleinerer konischer Hornstrahler 16 bis 23 in gleichen Abständen um den mittleren Hornstrahler 10 herum angeordnet und parallel zu dem mittleren Hornstrahler ausgerichtet. Obwohl eine Anzahl von Hornstrahlern benutzt werden kann, die einer ganzzahligcii Potenz von 2, also 2, 4, 8. 16 usw. gleich ist, hai es sich herausgestellt, daü die Verwendung von acht konischen Hornstrahlern 16 bis 23 im Hinblick auf das Verhältnis der öfTnungsflächen und der Einfachheit der Speisung besonders vorteilhaft ist.

Damit die kleineren konischen Hornstrahler 16 bis 23 den mittleren Hornstrahler 10 lückenlos umgeben, wurde der Durchmesser ihrer öffnungen gleich dem 0,61Stachen des Durchmessers der öffnung des mittlren Hornstrahler 10 gewählt. Unter diesen Um-

5" ständen ergibt sich für das Verhältnis der Fläche der Öffnungen d.r kleineren Hornstrdiler 16 bis 23 zur Fläche der öffnung des mittleren Hornstrahlers 10 der Wert 3. Weiterhin bestimmt der Öffnungswinkel des mittleren Hornstrahlers 10 und der peripheren Hornstrahler 16 bis 23 die Phasenfront an der entsprechenden Hornstrahlcröffnung. Größere öffnungswinkel haben stärker konvex gekrümmte Phasenfronten zur Folge als kleinere öffnungswinkel. Die Scheibe 12 enthält acht in gleichen Abständen voneinander angeordnete Radialschlitze, die dazu dienen, die Halsabschnitte der peripheren Hornstrahler 16 bis 23 aufzunehmen und deren Flansche an der Scheibe zu befestigen. Im mittleren Hornstrahler 10 können in bekannter Weise mehrere Wellentypen angeregt werden. Das Anregen mehrerer Wellentypen kann auch in der Weise erfolgen, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift I 953 083 beschrieben ist.

Fig. ■* zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung zum

Speisen der neun Hornstrahler umfassenden Antenne 40 hai Schultern 44 und 45, die 3,6 db übet der nach Fig. I. Wie oben erläutert, erzeugen die neun Inlensiläl des Millelstrahles liegen, so daß ein Signal-Hornstrahlcr eine Näherung der »Hauptkculc« 27 maximum gegen die vom Satelliten 42 aus gesehene und tier »ersten Nebenzipfel« 28 einer Lambdafunk- Erdkantc gerichtet ist. Auf diese Weise wird ein im lion J₁(U)Zu, wie es durch die Kurve 30 in Fig. 3 5 wesentlichen gleichförmiges Signal dem Teil der Ertlwiedergcgebcn ist. Zu diesem Zweck führt eine Lei- oberfläche zugeführt, die von dem Signal überdeckt lung von einem Eingang 25 durch einen Lcistimgs- wird. Die Schultern 44 und 45 des Diagramms 40 teiler 26 zum mittleren Hornstrahler 10. Das An- haben eine Breite in der (irölknnrdnung von 1 . um lennendiagramm erhalt seine Form durch die Vertei- kleine Fehler in der Ausrichtung des Satelliten 42 zu-Uing der Leistung auf den mittleren Hornstrahler 10 10 zulassen. Im Gegensatz zu dem idealen Diagramm 40 und die pcripheren. 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 \ on °5ⁿ 0 der ihm Weiterhin geht ein wesentlicher Anteil der Energie zugcführtcn Leistung dem mittleren Hornstrahler 10 des Diagramms 41 verloren, weil dieser Teil der zu. Die restliche Leistung wird vom Leistungsteiler 15 Energie die Erde nicht erreicht.
26 dem Parallclarm eines magischen V'32 zugeführt, Reim Betrieb dei neun Hornstrahler umfassenden dessen Serienarm abgeschlossen ist. Die Ausgangs- Antenne nach F i g. I wird das Idealdiagramm 40 arme des magischen 7'32sind ihrerseits mit den Par- durch Verwendung eines Öffnungswinkels von etwa allclarmcn von magischen T33 und 734 verbunden. IO für den mittleren Hornstrahler 10 und für die deren Scrienarme wieder abgeschlossen sind. Die 20 peripheral Hornstrahler 16 bis 23 und durch eine Ausgangsarme der magischen 7 33 und 734 sind solche Einstellung des Leistungsteiler 26 angenähert, dann mit den Parallel-Eingangsarmen von magischen daß 95° η der zugcführtcn Leistung an den mittleren 7 35, 736, 7 37 und 7 38 verbunden, deren Serien- Hornstrahler 10 wcilergcleilet und die restlichen 5° 0 arme wieder abgeschlossen sind. Die Ausgangsarmc der Eirtgangslcislung von den magischen 732 bis der magischen 7 35. T 36. 7 37 und 7 38 sind end- 25 7 38 auf die pcripheren Hornstrahler 16 bis 23 verlieh mit den EingangsHanschen der kleineren koni- teilt werden. In jedem der pcripheren Hornstrahler sehen Hornstrahler 16 bis 23 verbunden. Die Ein- 16 bis 23 und im mittleren Hornstrahler 10 wird eine gange der koniM-hen Hornstrahler 16 bis 23 sind in 7/I₁₁-CTUn(KvC-IIc nngcrcpt. Unter diesen Umständen solcher Weise ausgerichtet, daß die Phase des Signals erzeugt die neun Hornstrahler umfassende Antenne das an den entsprechenden Öffnungen der Horn- 30 nach Fig. 1 einen Strahl mit dem durch die Kurve strahler erscheint, um 180 gegenüber der Phase des 50 wiedergegebenen Verlauf in der //-Ebene, dem Signals verschoben ist, das an der Öffnung des mill- durch die Kurve 52 wiedergegebenen Verlauf in der leren Hornstrahler 10 erscheint. Die Phasendifferenz /-."-Ebene und dem durch die Kurve 54 wicdcrgcgcbcvoη 180 wird wegen der entgegengesetzten Polari- neu Verlauf in einer Diagonalebenc. wie es Fig. 4 tat des »ersten Ncbcnzipfcls« 28 zu dem »Haupt- 35 zeigt. Die Kurven 50. 52 und 54 bilden ein Diazipfcl« 29 der Kurve 30 verwendet. Alle Eingänge gramm, das außer Rotationssymmetrie und Polarizu dem mittleren Hornstrahler 10 und den periphe- sationsrcinheit eine Breite von Schulter zu Schulter ren Hornstrahlcrn 16 bis 23 sind so ausgebildet, daß von 19 aufweist, welche die Breite des idealen Diaeine 7E_M-Grundwclle angeregt wird, die im Falle gramms 40 nach Fig. 6 annähert. Die Nebcnzipfel des mittleren Hornstrahler 10 noch in mehrere 40 des durch die Kurven 50. 52 und 54 wiedergegebenen andere Wcllcntypcn umgewandelt werden kann. In Strahlungsdiagramnis können durch die Anwendung dem Fall, daß eine doppelte orthogonale Polarisie- mehrerer Wellcntypen im mittleren Hornstrahler 10 rung gewünscht wird, kann ein nicht näher dargestcll- in der Weise vermindert werden, wie es in der obentcr Orthogonalmodenlransformalor zwischen jeden erwähnten deutschen Offcnlegungsschrift 1 953 083 der Hornstrahler 10 und 16 bis 23 und das Speise- 45 beschrieben ist. Wenn in dem mittleren Hornstrahler netzwerk nach Fig. 3 eingeschaltet werden, und es 10 in dieser Weise mehrere Wellcntypen angeregt kann an diese Orthogonalmodentransformatoren ein werden, erzeugt die Antenne nach Fig. 1 das in gleichartiges Netzwerk für den orthogonalen Modus Fig. 5 angegebene Strahlungsdiagramm mit der anceschlossen werden. Weiterhin versteht es sich, daß Kurve 56 für die //-Ebene, der Kurve 58 für die von einigen oder von allen magischen /32 bis 7 38 50 r-.-Ebenc und dci KutvcftO für dk Diagonalchene. die Anschlußwiderstände entfernt werden können. Es ist ersichtlich, daß die Größe der Nebenzipfel um eine Information zur Korrektur eines Ausrich- gegenüber den Ncbenzipfeln der Kurven 50, 52 und tungsfehlers der Antenne zu erhalten, wie es vom 54 des Diagramms nach Fig. 4 bedeutend reduziert Monopulsbetrieb her bekannt ist. Im Fall der An- sind. Wie zuvor beträgt die Schultcrbreite der Kurwendung der Antenne auf einem stabilisierten Satcl- 55 ven 56. 58 und 60 jeweils 19'\ so daß das ideale liten ist eine Fehlerkorrektur nicht erforderlich, weil Diagramm 40 für eine Erdbedeckung von einem Synzwischen dem Sender und dem Empfänger keine chronsatellitcn aus angenähert wird. Bei anderen andere Bewegung stattfindet als die geringfügigen Anwendungen, beispielsweise bei der Speisung einer Schwankungen, die von der Stabilisierung herrühren. Cassegrain-Antenne, kann vom Ixistungsteiler 26 Fig.fi zeigt ein für die Bedeckung der Erde 60 eine andere Aufteilung der leistung gefordert wcridcales Diagramm 40 im Verhältnis zu einem üblichen den und es können bei den Hornstrahlem größere Diagramm 41 beim Betrieb von einem synchronisier- öffnungswinkel Anwendung linden, je nach c'cr ten Satelliten 42 bzw. 43 aus. Das ideale Diagramm Größe des Reflektors und nach der Frequenz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

ι 2 sind dall die beiden Ausgangsarme des Mehlen ■ ι,.· ι ιλ~>\ ieweils mil dem Parallel 1 .in. ''-—P-che: ,^I" J11 ,'s der beiden weiteren machen

1. Antenne _Zur tr/cuuu.m eines eingesenkt > (33 und 34) xerbunden vnd und daß em 1 ,i Kuuelsektordiaurammes. \l a\l ure h -Λ k e η :i - 5 -.umi^iler (26, uugesenc ,M dun da S,,_Sl,| zeichnet, dkl sie einen minieren Homst.ah- /.uuefühn «iul und von ckssu Aus any π ,k> ler (10) und eine Λη/ahl von kleineren, periphe- cn: mil den, I in»:.ny des η , Iu^n π ^,,liren Hornstrahler,! (16 bis 23) umfaßt, die in lers (10) und der andere m, dun f.α.ale,-I ,„-glLMclimaWj.cn Abständen um den mittleren Hnrn- gangs.·, rm des sicUcn magisuiu v- -) - uiistrahler herum angeordnet sind und die gleiche n> den ist

Ausrüstung haben wie der mittlere Hornstrahler.

wobei die Anzahl der peripheren Hornstrahler —

(16 bis 23) gleich einer ganz/.ahligen Potenz. \on
zwei, mindestens jedoch gleich vier ist, daß πιί

den 1 lornstrahlern eine Speiseanordnung (25. 2(). 15

32 bis 38) zum Zuführen eines SuinsiU in der Die 1 .iüihUjih: ^iU au·. \nn einer Antenne /■:: ,.,-

Weise \erKnden lsi. daß in allen Hörnst.ahlein zeuüung eines cin^scnUcii kugclseMoruiag,,».,-^.

Wellen gleichen Typs und elcichei Polarisation Ηιικ solche \nienne «m in der /e.tsc int.«l-rcqi.. ·,/<.

anregbar sind, jedoch die den peripheren Horn IWi, Holt >. S. I*' »"- ^16x hesdinebcn. Dk Ik-

strahlem (16 bis 23) zugeiülirte Leistuni; nui 20 kannte AnU-um: befiehl aus /«el axial hintere.,.^ .α

einen Bruchteil der dem mittleren I lornstu.hLv anteonlnek-n [!,hiieiterabschmUcn mit krcisrui ·.,,,»

(IH) /Uüeliihrten Leistung betragt und die Phase CJuorschi-.m. m.h uciitn der zum AnscliluU ai. ,iie

der in den peripheren Hornstrahler.! (16 bis 23) SpcisL-laim^ ivMur.nHe Abschnitt einen Uurci^es-

angeremen Welien zur Phase der im mittleren ser von 11.' · ι.-.1 der zum Abstrahlen der λ-.,ο

Hornstrahler (10) ancercuten Welle um 180 vor- 25 dienende. n»vh -oni olien,- Hohlle.terabschn.tt ,■„„■»

schoben ist. ^ ' Durclinu-,' -on 2.1- aufwe.st. Im Abstand u,r

2. Antenne nach Anspruch I, dadurch uekenn- dem u.kKm,·:! f nde des hmteren. inneren HohlK:, ,rzeichnet. dab die C.esa.ntlläche der Ölinungen der abschnnu- der cm Stuck in den vorderen, top;,M₁-peripheren Horns rahler ('.i bis 23) etwa das uen Hohikiiuabsciimti hnieinragt, belindet sich ar,-dreifache der [-lache Jl- Ollnung des mittleren 30 ringförmige McLillseheibe, die vier aul den Seilen Hornstrahlers (1(1) betragt. eines Ouaihalcs hegende Schlitze aufweist. An der

3. Antenne nach Anspruch I oder 2. dadurch Kante des überstehenden hinteren Honlleitcrabselmilgekeimzeichnel, dall die DlTnuim des mittleren les. dessen überstehender Ki! in zu ü^n Schlitzen 111 Hornstrahlers (10) und die ölTnungen der pen- der Melalischeibe senkrechten Diagonaleb^nen einpheren Hornstrahler (16 bis 23) in einer gemein- 35 geschlitzt ist. werden liohe.e Hnhlleitenvelleniypcii samen I bene liegen. anneregt. die mit Hilfe des Ringes derart gegen die

4. Antenne nach einem der vorhergehenden C.Hindueilc abgestimmt werden, daß in der Ölfnung Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dvm der Antenne eine Feld· ertetlung entsteht, welche in mittleren Hornstrahler' (10) 95"'., und den peri- den Randbezirken gegenphasig zum Zentrum ist. Line pheren Hornstrahlern (16 bis 23) insgesamt 40 solche Feldverleilung führt zu einem angenähert die restlichen 5"., der verfügbaren Signalleistung rotationssymmetrischen, eingesenkten Kugelsektorzugeführt werden. " ' " diagramm. Hs ist jedoch bei der bekannten Antenne

5. Antenne nach einem der vorhergehenden schwierig, andere VVelleimpen als die Tt₁₁-. IfI_n-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der und 7/-7,.,-WeIIe zu unterdrücken. Außerdem :si d,.· mi,tiere Hornstrahler (10) mit lünrichtungen für 45 gewünschte F-'eldverteilung in der Ölinung der Aneine Anregung mehrerer Wellentypen versehen tenne in hohem Maße von den Abmessungen der ist. ' " ' Antenne abhängig. So wird beispielsweise das Au-.-

6. Antenne nach einem der vorhergehenden maß der erwünschten zentralen Fiinsenkuni; durch Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den überstehenden Teil des hinteren Hohlleitermittlere Hornstrahler (10) kegelförmig ausgebil- 50 abschnittes bestimmt. Infolgedessen ist diese bedet und von acht kegelförmigen, penpheren Horn- kannte Antennenanordnung extrem sehmalbandig Strahlern (16 bis 23) umgeben ist und die Liner- und daher für alle solche Fälle nicht geeignet, bei gie sowohl von dem mittleren Hornstrahler als denen es auf eine große Bandbreite ankommt. AuUeraueh von den peripheren Hornstrahlern als TE₁₁- dem müssen wegen der Schmalbandigkeit der be-Grimdwelle abgestrahlt wird. 55 kannten Antenne deren Abmessungen mit hoher Ge-

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekenn- nauigkeit eingehalten werden, was sich für die Fertizeichnct, daß die mit den Eingängen des mittle- gung einer solchen Antenne sehr nachteilig auswirkt, ren Hornslrahlers (10) und der peripheren Horn- Hs sind ferner Antennen bekannt, die aus Hornstrahler (16 bis 23) verbundene Speiseanordnung Strahlergruppen bestehen. Diese bekannten Antennen sieben magische T (32 bis 38) mit je einem Par- 60 dienen jedoch nicht zur Hrzeugung von eingesenkten allel-Hingangsarm und zwei Ausgangsurmen um- Kugelsektordiagramnien.

fassen, daß die beiden Ausgangsarmc von vier So umfaßt eine aus der USA.-Patentschrift

magischen T (35 bis 38) jeweils mit dem Eingang 3 045 23S bekannte Monopulsantenne vier symme-

cines der acht peripheren Hornstrahler (16 bis 23) irisch zu einem mittleren Hornstrahler angeordnete

verbunden sind, daß die beiden Ausgangsarme 65 Hornstrahler, bei der die Strahlungsdiagramme der

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

jeweils mit dem Parallel-Hingangsarm eines der Summen- und Differenzsignalen ausgenutzt weiden,

vier ersten magischen T (35 bis 38) verbunden Der mittlere Hornstrahler, dessen Abmessungen