-
Die
Erfindung betrifft ein Reflektorsystem für eine polarisationsselektive Antenne
mit doppelt linearer Polarisation gemäß der im
Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
-
Reflektorsysteme
für polarisationsselektive Antennen sind hinreichend bekannt
und umfassen in der Regel zwei hintereinander angeordnete reflektierende
Schalen, von denen die in Einfallsrichtung der elektromagnetischen
Wellen gesehene vordere Schale nur Signale einer Polarisation reflektiert
und die Signale der anderen Polarisation transmittiert. Dies wird
dadurch erreicht, dass auf der vorderen Schale ein lineares Gitter
aufgebracht ist. Derartige Reflektorsysteme für polarisationsselektive
Antennen werden häufig für Satelliten verwendet.
-
Ein
gattungsgemäßes Reflektorsystem einer polarisationsselektiven
Antenne für einen Satelliten ist in der
DE 35 36 581 A1 offenbart.
Das Reflektorsystem umfasst eine in Einfallsrichtung der elektromagnetischen
Wellen gesehene erste parabolische Reflektorschüssel, die
versetzt über einer zweiten parabolischen Reflektorschüssel
angeordnet ist. Die beiden Reflektorschüsseln sind in Form
einer Sandwich-Konstruktion aus einem HF-transparenten, d. h. für
Hochfrequenzstrahlung durchlässigen, Material ausgebildet.
Die beiden Reflektorschüsseln weisen jeweils ein Gitterbelag
paralleler, beabstandeter elektrischer Leiter auf, wobei die Leiter
der einen Reflektorschüssel senkrecht zu den Leitern der
anderen Reflektorschüsseln angeordnet sind – jeweils
projiziert in die Aperturebene der Antenne. Die Leiter bzw. die
aus den Leitern gebildeten Gitter sind dabei in das HF-transparente
Material der Reflektorschüsseln eingebettet.
-
Aufgrund
des Einsatzes der Reflektorsysteme für Satellitenantennen
sind diese in mehrerer Hinsicht extremen Beanspruchungen ausgesetzt:
Beim Start der Trägerrakete insbesondere den durch die vom
Raketentriebwerk erzeugten Vibrationen sowie nach Aussetzen des
Satelliten in seiner Umlaufbahn Wärmespannungen aufgrund
der Temperaturdifferenz und verschiedener Wärmedehnungskoeffizienten verschiedener
Werkstoffe. Analog führt die Dehydrierung im Vakuum, speziell
bei den üblicherweise zum Einsatz kommenden HF-transparenten
Werkstoffen wie z. B. Kevlar/Aramid, zu unerwünschten Schrumpfungen
bzw. Formänderungen im Orbit. Im Gegensatz zu Kohlenstofffasern
gehören Aramidfasern zu den UV-empfindlichen Werkstoffen
und erfordern daher ein zusätzliches Sonnenschutzschild, was
zum einen zur Degradation der HF-Leistung und zum anderen zur Erhöhung
der Gesamtmasse des Systems führt. Eine gewichtsoptimierte
Ausbildung des Systems ist jedoch aufgrund der hohen Transportkosten
von herausragender Bedeutung.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Reflektorsystem
für eine polarisationsselektive Antenne mit doppelt linearer
Polarisation gemäß der im Oberbegriff des Anspruches
1 angegebenen Art weiter zu bilden, um eine in Bezug auf mechanische
und hydrothermische Belastung sowie in Hinblick auf das Gewicht
optimierte Gestaltung zur Verfügung zu stellen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
-
Die
Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung.
-
In
bekannter Art und Weise umfasst das Reflektorsystem für
eine polarisationsselektive Antenne mit doppelt linearer Polarisation
einen ersten und zweiten, jeweils elektromagnetische Wellen reflektierenden
Reflektor sowie einen zwischen den beiden Reflektoren angeordneten
Abstandhalter, über den der erste Reflektor beabstandet
zum zweiten Reflektor gehalten ist. Unter dem ersten Reflektor wird
vorliegend der in Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen
betrachtet vordere Reflektor verstanden. Erfindungsgemäß ist
der erste Reflektor als ein trägermaterialloses erstes
Gitter in der Aperturebene paralleler, beabstandeter in einer ersten
Polarisationsrichtung orientierter elektrischer Leiter ausgebildet.
Trägermateriallos bedeutet, dass im Gegensatz zum Stand
der Technik die elektrischen Leiter nicht in einem, den Reflektor
bildenden dielektrischem Material eingebettet sind, sondern dass
der erste Reflektor ausschließlich aus dem durch die Leiter
gebildeten Gitter besteht. In vorteilhafter Weise ist durch den Verzicht
auf ein Trägermaterial nunmehr eine, ein geringes Gewicht
aufweisende Konstruktion ermöglicht. Ein weiterer Vorteil
ist, dass aufgrund des Wegfalls des Trägermaterials das
Problem unterschiedlicher Wärme- und Feuchteausdehnungskoeffizienten
nicht auftritt, d. h. dass auch im Hinblick auf Formhaltigkeit eine
optimierte Konstruktion zur Verfügung gestellt ist. Aufgrund
der bereits erwähnten geringeren Masse ist das erfindungsgemäße
Reflektorsystem zudem weniger anfällig gegenüber
der während der Startphase auftretenden Schwingungen bzw.
Vibrationen.
-
Vorzugsweise – aber
nicht ausschließlich – sind die Reflektoren in
Form eines Paraboloids ausgebildet. Auch in der Grundform parabolische
Reflektoren mit lokalen Verformungen können vorkommen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abstandhalter
zwischen dem ersten und zweiten Reflektor als ein die beiden Reflektoren an
ihrem Umfang umfassenden Umfangsring ausgebildet. Die Ausbildung
des Abstandshalter ausschließlich in Form eines Umfangsring
erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch unnötige Streukörper
im Strahlengang der Antenne vermieden werden.
-
Vorzugsweise
sind die elektrischen Leiter des ersten Gitters mit ihren Enden
jeweils an dem als Umfangsring ausgebildeten Abstandshalter befestigt, insbesondere
verklebt. Durch die Befestigung der Enden der Leiter an dem Umfangsring
ist auf eine einfache Art und Weise eine Formgebung des Gitters,
beispielsweise in Form eines Paraboloids, ermöglicht. Die
Befestigung mittels einer Verklebung hat den Effekt, dass eine einfache,
kostengünstige Fertigung gewährleistet ist.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform ist der zweite Reflektor vollflächig,
insbesondere in Form einer Sandwich-Konstruktion, ausgebildet und
weist eine die elektromagnetische Wellen polaristionsunabhängig
reflektierende Oberfläche auf.
-
Gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Reflektor
wiederum vollflächig, z. B. wieder in Form einer Sandwich-Konstruktion,
ausgebildet. Im Gegensatz zu ersten Ausführungsform weist
bei dieser Ausführungsform der zweite Reflektor ein zweites
Gitter paralleler, beabstandeter elektrischer Leiter auf, die im
Bezug zum ersten Gitter orthogonal ausgerichtet sind. Die Leiter bzw.
das zweite Gitter sind bzw. ist in bekannter Art und Weise in das
Material des zweiten Reflektors eingebettet.
-
Gemäß einer
dritten Ausführungsform ist der zweite Reflektor entsprechend
zu dem ersten Reflektor ebenfalls in Form eines trägermaterialosen
zweiten Gitters mit parallel beabstandeten elektrischen Leitern
ausgebildet, wobei die Leiter des zweiten Gitters im Bezug zum ersten
Gitter orthogonal ausgerichtet sind. Diese Ausführungsform
erweist sich als besonders vorteilhaft, da aufgrund der nunmehr
trägermateriallosen Ausbildung beider Reflektoren eine besonders
gewichtsoptimierte Konstruktion ermöglicht ist.
-
Um
eine einfache Formgebung des zweiten Gitters bzw. des zweiten Reflektor
zu gewährleisten, sind wiederum die Enden der elektrischen
Leiter des zweiten, trägermateriallosen Gitters an dem
Umfangsring befestigt. Die Befestigung ist vorzugsweise wiederum
in Form einer Verklebung ausgebildet.
-
Zur
Sicherstellung einer ausreichenden Stabilisierung des ersten Gitters
bzw. des ersten und des zweiten Gitters, insbesondere in der Startphase
der Trägerrakete, weisen die Leiter des ersten Gitters bzw.
die Leiter des ersten und zweiten Gitters mindestens eine senkrecht
zu den Leitern des Gitters ausgerichtete Querrippe auf.
-
Um
eine ausreichende Verbindung zwischen Querrippe und den Leitern
sicher zu stellen, sind diese in vorteilhafter Weise miteinander
verklebt.
-
Vorzugsweise
sind die elektrischen Leiter des Gitters bzw. der Gitter als kohlenstofffaserverstärkte
Kunststoffe ausgebildet.
-
Gemäß einer
Ausführungsform sind dabei die elektrischen Leiter des
Gitters bzw. der Gitter und die mindestens eine Querrippe als kohlenstofffaserverstärkter
Kunststoffe ausgebildet. Die Verwendung des gleichen Materials für
Leiter und Querrippe hat den Vorteil, dass Querrippe und Leiter
den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, d.
h. dass keine Wärmespannungen auftreten.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform sind die elektrischen Leiter des
Gitters bzw. der Gitter als kohlenstofffaserverstärkter
Kunststoffe ausgebildet, während die mindestens eine Querrippe
des Gitters bzw. der Gitter aus einem UV-beständigen, feuchteunempfindlichen
dielektrischen Material ausgebildet ist.
-
Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung sind die elektrischen Leiter
in einem Abstand von 1,7 bis 2 mm zueinander angeordnet und weisen einen
Durchmesser von 0,5 bis 0,6 mm auf. Die drahtförmig ausgebildeten
Querrippen weisen einen Durchmesser von 0,5 bis 1,00 mm auf. Lediglich
der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass obige
Dimensionierungen nicht als Einschränkung zu verstehen
sind und lediglich eine für einen speziellen Frequenzbereich
(Ka-Band) vorgesehene Ausführungsform beschreiben. Denkbar
wäre beispielsweise auch ein Einsatz für Ku-Band.
Für die Leiter bzw. Querrippe würden sich dann
folgende Dimensionen ergeben: Abstand der Leiter 2,5 bis 3 mm, Durchmesser
der Leiter ca. 1 mm, Durchmesser Querrippe 1 bis 2 mm.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Beschreibung,
in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden
die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendete
Begriffe und zugeordnete Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung
bedeutet:
-
1 Eine
Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Reflektorsystem
für eine polarisationsselektive Antenne mit doppelt linearer
Polarisation;
-
2 eine
Draufsicht auf den ersten Reflektor des erfindungsgemäßen
Reflektorsystem aus 1;
-
3 eine
vergrößerte Darstellung der in 1 mit
E1 bezeichneten Einzelheit, und
-
4 eine
vergrößerte Darstellung der in 3 mit
E2 bezeichneten Einzelheit.
-
1 zeigt
in einer Schnittdarstellung mehr oder minder schematisch, ein insgesamt
mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Reflektorsystem für
eine polarisationsselektive Antenne mit doppelt linearer Polarisation.
-
Das
Reflektorsystem 10 umfasst im Wesentlichen einen ersten
Reflektor 12, einen zweiten Reflektor 14 sowie
einen zwischen dem ersten Reflektor 12 und zweiten Reflektor 14 angeordneten,
in Form eines Umfangsring ausgebildeten Abstandshalter 16. Auf
eine Darstellung der Hornstrahler zum Bestrahlen der Reflektoren 12, 14 mit
elektromagnetischen Wellen bzw. zum Empfang der von den Reflektoren 12, 14 reflektierten
elektromagnetischen Wellen, wurde vorliegend aus Gründen
der Übersichtlichkeit verzichtet.
-
Der
in Einfallsrichtung der elektromagnetische Wellen betrachtete hinter
dem ersten Reflektor 12 angeordnete zweite Reflektor 14 weist
zudem ein Befestigungselement 18 auf, über den
das Reflektorsystem 10 mit der Struktur eines, hier ebenfalls
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten, Satelliten
verbindbar ist.
-
Die
beiden Reflektoren 12, 14 sind in Form eines Paraboloids
ausgebildet. Während der zweite Reflektor 14 in
bekannter Art und Weise in Form einer Sandwich-Konstruktion ausgebildet
ist, ist, wie insbesondere aus 2 ersichtlich,
der erste Reflektor 12 als ein trägermaterialloses
Gitter 20 paralleler, beabstandeter in einer ersten Polarisationsrichtung
orientierter elektrischer Leiter 22 (vgl. 4)
ausgebildet. Zur Stabilisierung weist das Gitter 20 fünf
senkrecht zu den Leitern 22 angeordnete, drahtförmig
ausgebildete Querrippen 24 auf. Gemäß dem
dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die parallel zueinander angeordneten
elektrischen Leiter 22 einen Abstand von 1,7 bis 2 mm zueinander
auf. Der Durchmesser der elektrischen Leiter beträgt zwischen
0,5 und 0,6 mm. Die drahtförmig ausgebildeten Querrippen
weisen einen Durchmesser von 0,5 bis 1,0 mm auf.
-
Die
elektrischen Leiter 22 und die drahtförmigen Querrippen
sind materialgleich, nämlich als ein kohlenstofffaserverstärkter
Kunststoff (CFRP) ausgebildet.
-
Wie
insbesondere aus 3 ersichtlich ist, steht der
Abstandshalter 16 lediglich mit dem äußeren
Rand der beiden Reflektoren 12, 14 in Kontakt. Hierbei
sind die Leiter 22 des Gitters 20 in entsprechende
Nuten im Abstandshalter 16 beabstandet gehalten, insbesondere
mittels einer Klebeverbindung, vgl. 4.
-
Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des Reflektorsystems 10,
nämlich insbesondere der Ausbildung des ersten Reflektors 12 in
Form eines trägermateriallosen Gitters 20 paralleler,
beabstandeter in einer ersten Polarisationsrichtung orientierter elektrischer
Leiter 22, ist eine gewichtsoptimierte Konstruktion ermöglicht.
Weitere Vorteile sind die, aufgrund der geringeren Systemmasse bedingten verbesserten
Eigenschaften hinsichtlich des Schwingungsverhalten beim Start der
Trägerrakete.
-
- 10
- Reflektorsystem
- 12
- erster
Reflektor
- 14
- zweiter
Reflektor
- 16
- Abstandshalter
- 18
- Befestigungselement
- 20
- Gitter
- 22
- elektrische
Leiter
- 24
- Querrippen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-