DE19544500A1 - Reflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten - Google Patents
Reflektorantenne, insbesondere für einen KommunikationssatellitenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Reflektorantenne, insbesondere für
einen Kommunikationssatelliten, nach dem Oberbegriff des Pantentan
spruchs 1 bzw. 3.
Es ist bekannt, für geostationäre Kommunikationssatelliten Reflektor
antenne der eingangs genannten Art mit einer elliptischen Keule zu ver
wenden, welche um eine in der Antennen-Abstrahlrichtung verlaufende
Achse gedreht werden kann, um so wahlweise unterschiedliche Empfangs
gebiete auszuleuchten. Werden derartige Antennen nach dem Vorbild der
DE 39 39 318 A1 in der Weise ausgebildet, daß die Antenne als Ganzes
um die Rotationsachse der elliptischen Keule auf dem Satelliten drehbar
angeordnet wird, so erfordert dies einen großen Platz- sowie Bau- und
Gewichtsaufwand, was den gerade in der Raumfahrt in dieser Hinsicht
strikten Anforderungen zuwiderläuft.
Ferner ist aus der EP 0 236 160 B1 eine Radarantenne mit feststehendem,
rechteckig berandetem Reflektor und einem diesen elliptisch ausleuch
tenden Speisehorn bekannt, welches zusammen mit der zugeordneten
Speisesektion und die Mittelachse des Reflektors schwenkbar ist. Eine
solche Antennenkonstruktion ermöglicht bei voller Ausleuchtung des
Reflektors jedoch nur eine auf wenige Winkelgrad begrenzte Schwenk
bewegung des elliptischen Strahlungsdiagramms und ist daher für den oben
geschilderten Anwendungsfall, für den eine weitgehend unbeschränkte
Drehbarkeit der elliptischen Strahlungskeule gefordert wird, ungeeignet.
Die bekannten Reflektorantennen haben ferner den wesentlichen Nachteil,
daß zugleich mit der Drehung der elliptischen Keule auch die Polarisations
ausrichtung mitverdreht wird, während die Bodenstationen von Kommuni
kationssatelliten auf eine raumfeste Polarisationsrichtung einjustiert sind
und eine Abweichung von der vorgegebenen Polarisationsrichtung mit einer
deutlichen Verschlechterung der Übertragungsqualität verbunden ist.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Reflektorantenne der
eingangs genannten Art zu schaffen, die auf mechanisch einfache Weise
und mit möglichst geringem Platzbedarf eine um die Abstrahlrichtung voll
drehbare, elliptische Keule erzeugt, ohne daß sich die Polarisationsaus
richtung mit der elliptischen Keule mitverdreht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 bzw.
3 gekennzeichnete Reflektorantenne gelöst.
Die beiden Varianten der Erfindung wird durch die beanspruchte An
ordnung eines einzelnen, drehbaren Antennenelements (elliptischer Horn
strahler nach Anspruch 1 bzw. speziell geformter Hilfsreflektor nach
Anspruch 3) in Kombination mit einer feststehenden Speisesektion und
einem ebenfalls feststehenden, rund berandeten Reflektor das kreisförmige
Strahlungsdiagramm der Speisesektion auf baulich sehr einfache, gewichts-
und platzsparende Weise in eine unbeschränkt drehvariable, elliptische
Strahlungskeule umgewandelt und zugleich die Polarisationsausrichtung
unabhängig von der Drehung des Antennenelements beibehalten. Die er
findungsgemäße Reflektorantenne eignet sich somit in hervorragender
Weise für den eingangs geschilderten Anwendungsfall eines geostationären
Kommunikationssatelliten zur Ausleuchtung wahlweise unterschiedlicher
Empfangsgebiete mit einer hinsichtlich Polarisationsausrichtung und Ellip
tizität konstanten Strahlungskeule.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Antenne
nach Anspruch 1, auf baulich einfache Weise derart als Doppelreflektor
antenne ausgebildet, daß - wie gemäß Anspruch 2 bevorzugt - ein ebener
Hilfsreflektor im Strahlengang zwischen elliptischem Hornstrahler und
feststehendem Hauptreflektor angeordnet wird.
Um die Reflektorantenne nach Anspruch 3, ohne Auswechseln des Hilfs
reflektors an geänderte Ausleuchtbedürfnisse anpassen zu können, besitzt
der Hilfsreflektor nach Anspruch 4, vorzugsweise eine variable konfigurier
bare Reflexionsfläche.
Nach Anspruch 5 ist die Antenne im Hinblick auf gute Leistungsdaten vor
zugsweise als Offset-Antenne gestaltet.
Zur Unterdrückung der Kreuzpolaren empfiehlt es sich gemäß Anspruch 6,
den feststehenden Reflektor als Gitterreflektor auszubilden und diesen in
jeder Polarisationsrichtung durch ein eigenes Speisesystem einschließlich
eines Hornstrahlers bzw. Hilfsreflektors auszuleuchten. Wahlweise ist es
aber auch möglich, wie nach Anspruch 7 beansprucht, zu diesem Zweck nur
ein einzelnes Speisesystem zu verwenden und für den Haupt- und den
Hilfsreflektor jeweils eine kreuzpolarkompensierte Flächengeometrie vorzu
sehen.
Nach Anspruch 8, schließlich ist der Hauptreflektor zweckmäßigerweise
schwenkbar angeordnet, so daß die elliptische Keule nicht nur um eine in
Abstrahlrichtung verlaufende Achse verdreht, sondern zusätzlich auch noch
hierzu senkrecht verschwenkt werden kann, wodurch das von der Antenne
ausleuchtbare Empfangsgebiet weiter vergrößert wird.
Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark
schematisierter Darstellung:
Fig. 1 eine Offset-Reflektorantenne nach der Erfindung mit elliptischem
Hornstrahler;
Fig. 2 die Aufsicht der Antenne nach Fig. 1;
Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform der Antenne nach Fig. 1 mit
zusätzlichem Hilfsreflektor, und
Fig. 4 eine Mehrfachreflektorantenne nach der zweiten Variante der Er
findung.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Offset-Reflektorantenne enthält als Haupt
bestandteile einen feststehenden, kreisförmig berandeten Reflektor 2, eine
ebenfalls feststehend angeordnete Speisesektion 4 einschließlich eines
Übergangsteils 6 mit einem rechteckförmigen Eingangs- und einem kreis
förmigen Ausgangsquerschnitt a bzw. b, sowie einen das kreisförmige
Strahlungsdiagramm b in ein elliptisches c umwandelnden Hornstrahler in
Form eines Rillenhorns 8, welches um seine Längsachse A drehpostionier
bar angeordnet und im Bereich seines kreisförmigen Hornabschnitts 10
über eine Drehkupplung 12 an das Übergangsteil 6 angeschlossen ist. Das
elliptische Strahlungsdiagramm des Rillenhorns 8 wird vom Reflektor 2 in
Form einer elliptischen Keule 14 abgestrahlt, welche entsprechend der
Drehlage des Rillenhorns 8 um eine in Hauptstrahlrichtung H des Reflek
tors 2 verlaufende Achse unbegrenzt dreheinstellbar ist. Die räumliche
Polarisationsausrichtung und die Elliptizität der Strahlungskeule 14 bleiben
hingeben von der Drehung des elliptischen Rillenhorns 8 unbeeinflußt.
Zusätzlich kann die Antenne noch um mindestens eine zur Abstrahlrichtung
H senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sein (nicht gezeigt), um
das von der Antenne erfaßbare Empfangsgebiet weiter zu vergrößern.
Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Antenne nach Fig. 1 in
Form einer Doppelreflektor-Offsetantenne durch Hinzufügen eines ebenen
Hilfsreflektors 16 im Strahlengang zwischen Rillenhorn 8 und Hauptreflektor
2. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise der in Fig. 3 gezeigten
Antenne die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb die
einander entsprechenden Bauelemente auch durch das gleiche Bezugs
zeichen gekennzeichnet sind.
Die in Fig. 4 dargestellte Variante der Erfindung ist als Doppelreflektor-
Offsetantenne mit einem wiederum feststehenden, kreisförmig berandeten
Hauptreflektor 102 sowie einem Hilfsreflektor 116 und einem Speisesystem
118 einschließlich eines Übergangsteils 106 und eines Rillenhorns 108
ausgebildet. Im Unterschied zu den oben geschilderten Ausführungsbeispielen
ist das Rillenhorn 108 jedoch feststehend angeordnet und besitzt
ein im wesentlichen kreisförmiges Strahlungsdiagramm, während der Hilfs
reflektor 116 als Ausschnitt eines nicht-rotationssymmetrischen Ellipsoids
geringer numerischer Exzentrizität geformt und mittels eines Antriebs
motors 120 um eine Ellipsoidachse E drehpositionierbar ist, so daß er das
kreisförmige Strahlungsdiagramm des Rillenhorns 108 in eine entsprechend
der Drehlage des Hilfsreflektors 116 drehvariable, ellpitische Aus
leuchtung des Hauptreflektors 102 in der Weise überführt, daß auch hier
die räumliche Polarisationsausrichtung und die Elliptizität bei einer Drehung
der Strahlungskeule im wesentlichen unverändert beibehalten werden.
Zur Anpassung an geänderte Ausleuchtbedürfnisse kann der Hilfsreflektor
116 eine rekonfigurierbare Ellipsoidform besitzen. Ferner besteht wiederum
die Möglichkeit, die Strahlungskeule durch schwenkbare Anordnung des
Hauptreflektors 102 um mindestens eine zur Hauptstrahlrichtung H senk
rechte Achse zu verschwenken.
Zur Unterdrückung der Kreuzpolaren besitzen der Haupt- und der Hilfs
reflektor eine kreuzpolarkompensierte Flächengeometrie. Wahlweise ist es
auch möglich, den Hauptreflektor 2 bzw. 102 als polarisationsselektiven
Gitterreflektor für eine kreuzpolararme lineare Polarisation auszubilden
und in jeder Polarisationsrichtung durch ein eigenes Speisesystem 4, 8 bzw.
118 und ggf. Hilfsreflektor 16 bzw. 116 mit einem drehvariablen, hinsicht
lich der Polarisationsausrichtung jedoch feststehenden, elliptischen Strah
lungsdiagramm auszuleuchten.
Claims (7)
1. Reflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten,
mit mindestens einem feststehenden Reflektor mit runder Apertur
sowie einem Hornstrahler mit zugeordneter Speisesektion,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hornstrahler (8) ein elliptisches Strahlungsdiagramm aufweist
und um seine Längsachse (A) drehpositionierbar angeordnet und die
Speisesektion (4) eine feststehende Polarisationsausrichtung besitzt
und mit dem Hornstrahler über eine Drehkupplung (12) verbunden
ist.
2. Reflektorantenne nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen vom Hornstrahler (8) elliptisch ausgeleuchteten, ebenen Hilfs
reflektor (16).
3. Mehrfachreflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikations
satelliten,
mit mindestens einem Hilfs- und einem Hauptreflektor mit im
wesentlichen kreisförmiger Apertur sowie einem feststehenden
Speisesystem einschließlich eines Hornstrahlers mit rotationssymme
trischem Strahlungsdiagramm und raumfester Polarisationsausrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hilfsreflektor (116) um eine Hauptachse (E) drehpositionierbar
angeordnet und eine als Teilfläche eines nicht-rotationssymmetrischem
Ellipsoids geringer numerischer Exzentrizität geformte, den
Hauptreflektor (102) elliptisch mit unabhängig von der Drehlage im
wesentlichen konstanter Ellipzität ausleuchtende Reflexionsfläche
besitzt.
4. Reflektorantenne nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hilfsreflektor (116) eines zur Anpassung an geänderte Ausleucht
bedürfnisse variabel konfigurierbare ellipsoidähnliche Oberfläche
besitzt.
5. Reflektorantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
für eine kreuzpolararme lineare Polarisation ein als Gitterdoppelre
flektor ausgebildeter Hauptreflektor (2; 102) und für jede Polarisa
tionsrichtung jeweils ein Speisesystem (4, 8; 118) einschließlich eines
Hornstrahlers (8; 108) und ggf. ein Hilfsreflektor (16; 116) vor
gesehen ist.
6. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Reflektoren (102, 116) eine kreuzpolarkompensierte Flächengeo
metrie besitzen.
7. Reflektorantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hauptreflektor (2; 102) zum Verschwenken der elliptischen Keule
(14) um mindestens eine zur Abstrahlrichtung (H) senkrechte Achse
schwenkbar angeordnet ist.
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