DE2212996C3

DE2212996C3 - Einem beweglichen Sender nachfuhrbare Horn antenne

Info

Publication number: DE2212996C3
Application number: DE2212996A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Moerz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1972-03-17
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1980-09-25
Also published as: US3864683A; GB1412352A; JPS5617623B2; JPS496861A; DE2212996A1; FR2176840B1; CA990833A; FR2176840A1; DE2212996B2

Description

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer einem beweglichen Sender nachführbaren Hornantenne, in der die bei Azimut- und Elevationsablage entstehenden Wellentypen ais Ablageinformation ausgenutzt werden, mit einem sich an die Homantenne direkt anschließenden, als Wellentypkoppler dienenden Hohlleiterabschnitt quadratischen Querschnitts, in dem die als Ablageinformation dienenden höheren Wellentypen ausgekoppelt und in einem Netzwerk mit zwei Ausgängen zusammengefaßt werden.

Für die Qualität einer Satelliten-Bodenstation ist das Peilsystem mit entscheidend. Man muß bestrebt sein, die t>o Antenne möglichst genau auf den Satelliten auszurichten, um Energieverluste zu vermeiden. Das System muß in der Lage sein, für Winkelabweichungen in der Azimut- und Elevationsebene Nachführsignale zu erzeugen, die über eine Regelschleife eine genaue ^, Ausrichtung der Antenne auf den Sender ermöglichen. In »Nachrichtentechnische Fachberichte«, Bd. 32, S. 45-51. sind Peilsysteme beschrieben, bei denen höhere Hohlleiterwellentypen ausgewertet werden, deren Intensität im Erreger ein Maß für die Winkelabweichung darstellt Verwendung finden ganz allgemein quadratische und runde Hornantennen, wobei in beiden Fällen der Betrieb mit linear- und zirkularpolarisierten Wellen möglich ist, aber nur in einem schmalbandigen Bereich.

Zur Auskopplung der die Ablageinformation enthaltenden Wellentypen benutzt man Koppelanordnungen, die nachfolgend kurz Wellentypkoppler genannt werden (Bell System Technical Journal, Juli 1963, S. 1283-1307).

Gegenwärtig gewinnen Eigennachführsysteme an Bedeutung, die mit H-Wellentypen arbeiten, da diese in modernen Erregerformen mit rotationssymmetrischer Strahlungskeule (corrugated horn) ausbreitungsfähig sind. Ein solches System ist in L'Onde Electrique, Vol. 51, Fase. 6, Juni 1971, S. 502 - 508, beschrieben.

Bei Quadrat-Hornantennen ist es gelungen, Wellentypkoppler für die H₂₀- und H₀₂-Welle zu erstellen, die ohne Nachstimmung über ein breites Frequenzband arbeiten und dabei die Nutzwelle nur wenig beeinflussen. Ober einen solchen Wellentypkoppler handelt die DE-PS 21 35 611.

Aus der US-PS 35 66 309 ist eine einem beweglichen Sender nachführbare Homantenne mit rundem Querschnitt bekannt Direkt an die Hornantenne schließt sich ein als Wellentypkoppler dienender Hohlleiterabschnitt quadratischen Querschnitts an, aus dem die bei einer Azimut- bzw. Elevationsablage entstehenden höheren Wellentypen ausgekoppelt werden. Diese an den Ausgängen des Wellentypkopplers zur Verfügung stehenden Wellentypen werden in einem Netzwerk so zusammengefaßt, daß an dessen Ausgängen der Azimut- bzw. Elevationsablage proportionale Signale entnommen werden können. Die hier beschriebene Anordnung ist aber nur in der Lage, die Azimut- bzw. Elevationsablage bei einer runden Homantenne zu korrigieren.

Auch die US-PS 35 60 976 beschreibt eine nachführbare Hornantenne mit einer Anoreüung zur Gewinnung der Ablageinformation. Diese Anordnung ermöglicht es ebenfalls nur für eine Hornantenne mit quadratischem Querschnitt, eine Information über die Azimut- bzw. Elevationsablage aus den in der Hornantenne angeregten Wellentypen abzuleiten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des quadratischen Wellentypkopplers für mehrere Hornantennenformen, nämlich runde, kreuzförmige und achteckige, nutzbar zu machen. Solche Systeme sollen breitbandig ausgelegt sein, um bei einer Frequenzumstellung oder bei Empfang benachbarter Frequenzbänder einen Geräteaustausch oder eine Gerätenachstimmung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Hornantenne den Querschnitt eines Kreises, eines regelmäßigen Achtecks oder eines aus zwei gleichen, sich rechtwinklig kreuzenden Rechtecken entstandenen Kreuzes aufweist, daß der Hohlleiterabschnitt so drehbar ist, daß seine Querschnittskanten diagonal zu den Symmetrielinien der Feldkonfiguration der Wu-WeIIe der kreuzförmigen Hornantenne und Achteck-Hornantenne bzw. der W₂I-WeIIe der kreisförmigen Hornantenne liegen, und daß die an den zwei Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes anstehenden A/20- und f/02-Wellen einem Komparatometzwerk zugeführt sind, derart, daß an dessen beiden Ausgängen die Azimut- und Elevationsablage verfügbar sind.

Das Komparatornetzwerk besteht entweder aus einem Richtkoppler, dessen Einginge über ein Phasenglied mit den beiden Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes verbunden sind, oder aus zwei hintereinandergeschalteten Hybriden, zwischen denen ein Physenglied und ein Dämpfungsglied angeordnet sind, wobei das erste Hybrid mit den beiden Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes verbunden ist

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einigen Ausführungsl*tispielen näher erläutert Im einzelnen sind dargestellt in der

Fig. 1 die elektrische Feldkonfiguration in einer Hornantenne mit quadratischem Querschnitt, in der

Fig.2 die elektrische Feldkonfiguration in einer Hornantenne mit kreuzförmigem Querschnitt, in der

Fig.3 die elektrische Feldkonfiguration in einer Hornantenne mit rundem Querschnitt, in der

Fig.4 ein Wellentypkoppler mit anschließendem Zusammenfassungsnetzwerk, in den

F i g. 5 bis 8 Umwandlung verschiedener Wellentypen in der kreuzförmigen und runden Hornantenne in Mound Hör Wellen im Quadrathohlleiier, in der

Fig.9 ein Ausführungsbeispiel mit ei.ier runden Hornantenne und einem nachgeschalteten Komparatornetzwerk mit einem Richtkoppler, in der

F i g. 10 ein Ausführungsbeispiel mit einer runden Hornantenne und einem nachgeschalteten Komparatornetzwerk mit Hybrid und in der

F i g. 11 ein Ausführungsbeispiel mit einer runden Hornantenne und einem Komparatornetzwerk mit zwei Hybriden.

In den Fig. 1 -3 sind in einer quadratischen (Fig. 1), kreuzförmigen (F i g. 2) und runden (F i g. 3) Hornantenne höhere, zur Monopulspeilung auswertbare Wellentypen in ihren elektrischen Feldkonfigurationen eingezeichnet, die bei nicht axialem Einfall einer linearpolarisierten (E*= Ey) Wellenfront angeregt werden.

Der Sender (S) ist in die Aperturebene projiziert, wobei die Abweichung von der Hornantennenachse als Abweichung jr(a) oder .y(b) erscheint

Von den höheren Wellentypen interessieren in diesem Zusammenhang weiterhin nur solche vom //-Typus. Bei der Polarisation E= Ex und der Abweichung y^O entstehen im Quadratquerschnitt Wellentypen, die man durch Drehung von F i g. la um 90° erhält, beispielsweise ergibt sich bei einer quadratischen Hornantenne die //02-Welle.

Bei der kreuzförmigen Hornantenne (F i g. 2) können zwei Typen von HwWellen auftreten, deren Symmetrielinien 45° gegeneinander geneigt sind. Gleichermaßen verhält es sich mit den W₂| -Wellen der runden Hornantenne (F i g. 3).

FQr die Eigennachführung eignen sich beim Quadratquerschnitt die //20- und die f/02-Wellen, da diese breitbandig mit einem in F i g. 4 dargestellten Wellentypkoppler ausgekoppelt werden können.

Der Wellentypkoppler in der Fig.4 besteht aus einem quadratischen Hohlleiterabschnitt (H), der sich längs der Achse mit einem bestimmten Öffnungswinkel pyramidisch im Querschnitt verjüngt. Die W₂₀- (und rYoj-)Welle ist nur im vorderen Hohlleiterteil ausbreitungsfähig, so daß sich stehende Wellen ergeben, die durch insgesamt acht Koppelelemente (KX-Ki) angekoppelt werden. Dabei sind Ki-K4 mit der W₂₀-WeIIe und K5-K8 mit der W₀₂-WeIIe verkoppelt. Der Abstand der F'.emente eines Paares beträgt a/2, sie befinden sich in den Feldstärkemaxima der anzukoppelnden Wellentypen. Die Feldamplitude der W₂₀-WcIIe werde zum Verständnis der Funktion des Wellentypkopplers ohne Rücksicht auf Wellenwiderstände mit A bezeichnet Jedes Koppelelement (Ki-KA) koppelt die Amplitude All paarweise gegenphasig aus. Die gegenüberliegenden Elemente koppeln mit spiegelbildlicher Phase (180°) aus. Jedes Elementpaar speist ein l80°-Hybrid (HYt-HYA) eines Zusammenfassungsnetzwerkes (HYi- HYG), in dem die gegenphasigen

Anteile zur Amplitude + - Hybrid HYi und —pj

in HY2 zusammengesetzt werden. HYi und HY2 sind über gleiche Leitungslängen mit 180°-Hybrid HY5 (äußeres Komparatornetzwerk) verbunden, an dessen Ausgang 4 die volle Amplitude — A der ursprünglichen //20-Welle erscheint Am Ausgang 3 ist der ausgekoppelte Energieanteil der im Quadratquerschnitt eventuell vorhandenen HE 21-Welle (kein Peiltyp) vorhanden. Gleichermaßen erscheint am Hybrid HY6 der Energieanteil der H₀₂- und der //2"12-WeIIe. Zur Peilung benötigt man nur den H20- und /fo-Ausgang, der //£21- und W£i 2-Ausgang wird entweder r.;.it einem Absorber oder einem Kurzschluß abgeschlossen.

Sämtliche Hybrids können als magische Ts ausgeführt werden.

Um den quadratischen Wellentypkoppler für andere Erreger nutzbar zu machen, müssen die dort auftretenden Wellentypen in //20- und //orWellen des Quadratquerschnittes umgewandelt werden. Die Wellentypwandlung wird in einem Obergang vom Hornantennen- querschnitt auf Quadratquerschnitt vorgenommen. In F i g. 5 ist diese Wellentypwandlung dargestellt

In den Fig.5-8 sind verschiedene Wellentypen in der Hornantenne mit kreuzförmigem bzw. rundem Querschnitt unter der Position a eingezeichnet und ihre Umwandlung in Wellentypen des Quadratquerschnittes unter der Position b dieser Figuren dargestellt

Fig.5a zeigt die (//11)45—Welle im kreuzförmigen Querschnitt und F i g. 5b die umgewandelte Wellenform vom W20- und //02-Typ im Quadratquerschnitt;

Fig.6a zeigt die (/Zn)₀-WeIIe im Kreuzquerschnitt und F i g. 6b die umgewandelte Wellenform vom W₂₀-ur.d W₀₂-TyP im Quadratquerschnitt;

F i g. 7a zeigt die (//21)45—Welle im Rundquerschnitt und F i g. 7b die umgewandelte Wellenfonn vom W₂₀- und Win-Typ im Quadratquerschnitt (by,

Fig.8a zeigt die W₀I-WeIIe im Rundquerschnitt (a) und Fig.8b die umgewandelte Wellenform vom W₂₀- und W(B-Typ im Quadratquerschnitt (b). Die Umwandlung der Hk- und WbrWelle des Kreuzhohlleiters in die des Quadrathohlleiters ist trivial und deshalb nicht gesondert gezeichnet

Die //01-WelIe des Rundhohlleiters wird stets in W₂₀- und Wo2-Wellen gleicher Amplitude übergeführt. Bei den ,^i-Wellen des Kreuzhohlleiters und den W₂,-WeI- Ien des Rundhohlleiters findet die Wellentypwandlung in W₂₀- und Wo₂- Wellen nur dann maximal blatt, wenn die eingezeichneten Symmetrielinien der Feldkonfiguration diagonal zum nachgeschalteten Quadrathohlleiter liegen. Liegen sie parallel zu den Hohlleiterkanten, so i?i

keine Überführung in //20-//02- Wellen möglich.

Für die Eigennachführung ist es nun wichtig, die diversen, von verschiedenen Wellentypen stammenden W₂₀-, W₀₂-Anteile mit den Energieantei.en PH 20 und PH02 so zusammenzuführen, daß eindeutige Ablagekri-

eö terien entstehen.

Dies geschieht in tinem Komparatornetzwerk, das an die W₂₀- und Win-Ausgänge des Zusammenfassungsnetzwerkes (HY 1 — WV6) geschaltet wird. Diese Zusam-

menfassung ist nötig, da die beteiligten Wellentypen in der Hornantenne unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten haben, und sie kann so erfolgen, daß die bei einer reinen x-Abweichung (F i g. 2a, 3b) entstehenden und zu H20- und W₀;-Energieanteilen umgewandelten Wellentypen PW20 und PW02 in einem Richtkoppler R mit der nötigen Koppeldämpfung zu einem einzigen Signal U(Ax) zusammengefaßt werden (siehe Fig. 9). Im entkoppelten Zweig des Richtkopplers R erscheint dann erst ein Signal U(Ay), wenn eine /-Ablage vorhanden ist. Voraussetzung ist dabei, daß bei der ^-Ablage die Polarisation eine /-Komponente und bei der /-Ablage eine ^-Komponente aufweist. Bei Zirkularpolarisation ist dies immer der Fall. Bei Linearpolarisation dreht man die Hornanlenne zweckmäßigerweise derart, daß der Polarisationsvektor E in der Diagonalen des nachgeschalteten Quadrathohlleiters liegt. Bei der runden Hornantenne kann diese Drehung an der Stelle des kleinsten Kundquerschnittes erfolgen, das übrige Horn kann feststehen. Der runden oder kreuzförmigen Hornantenne ist der aus Fig.4 bekannte Wellentypkoppler nachgeschaltet, dessen Komparatornetzwerk mit den W20-, W₀2-Ausgängen, an denen die Energieanteile PW20 und PHVl stehen, über ein einstellbares Phasenglied Ph in einen Richtkoppler R mit einstellbarer Koppeldämpfung α* mündet. Die Koppeldämpfung Ak muß je nach der Arbeitsfrequenz eingestellt werden, da die Aufteilung der Energien in Wm- und W₀2-Anteile frequenzabhängig erfolgt. Die Koppeldämpfung ist gegeben durch die Beziehung

PH20\

die Phase wird mit dem einstellbaren Phasenglied Ph korrigiert.

Eine andere Möglichkeit der Zusammenschaltunj anhand der runden Hornantenne geht aus Fig. K hervor. Durch Nachschalten eines Hybrids HYl an dii Ausgänge von HYS, //K6des Komparatornelzwerke isi es möglich, die Energieanteile PWOl der Wm- um P/7 21 der H₁₁-Wellen zu trennen. Bei Zirkularpolarisa tion ist die Eigennachführung allein mit dem Wm-Ener gieanteil PWOl möglich. Bei Linearpolarisation brauch man zwei Wellentypen. Dabei stellt man den quadrati sehen Wellentypkoppler wieder so, daß der Polarisa tionsvekior E diagonal steht. In diesem Fall liefert de WnrEnergieanteil PWOl ein Maß für die f-Ablage, de Wn-Anteil PW21 ein Maß für die η-Ablage (siehi Fig. 10).

Die bei der Verwendung einer kreuzförmiger Hornantenne beteiligten Energieanteile sind in Klam mern angeschrieben.

In F i g. 11 ist eine Erweiterung des Komparatornetz werkes aus Fig. 10 durch ein weiteres Hybnd WK8unc einen Phasenschieber Ph dargestellt. Dadurch ist e: möglich (runde Hornantenne vorausgesetzt), die WOi und Mji-Energieanteile PWOl und PW21 zu verglei chen. Insbesondere bei Zirkularpolarisation ergibt sicr dadurch der Vorteil, daß für x- und /-Ablagen getrennt« Nachführsignale erhalten werden. Die Amplitude dei Wni-Welle ist nur dann etwa gleich der Amplitude dei Hn-Welle, wenn keine /-Ablage vorhanden ist. Durcr gegenphasiges Zusammenführen mittels eines Phasen Schiebers Ph in dem Hybrid WK8 erhält man an einerr Ausgang von Hybrid HYS eine Nachführspannung U(Ax), am anderen Ausgang eine Nachführspannunj U(Ay). Um kleine Pegelunterschiede in den Verbindun gen der Hybride HYl und HYS auszugleichen, kanr noch zusätzlich ein variables Dämpfungsglied £ eingeschaltet werden.

Hierzu 5 Matt Zeiclinunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Einem beweglichen Sender nachführbare Hornantenne, in der die bei Azimut- und Elevationsablage entstehenden Wellentypen als Ablageinfor- mation ausgenutzt werden, mit einem sich an die Hornantenne direkt anschließenden als Wellentypkoppler dienenden Hohlleiterabschnitt quadratischen Querschnitts, in dem die als Ablageinformation dienenden höheren Wellentypen ausgekoppelt und in einem Netzwerk mit zwei Ausgängen zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hornantenne den Querschnitt eines Kreises, eines regelmäßigen Achtecks oder eines aus zwei gleichen sich rechtwinklig kreuzen- π den Rechtecken entstandenen Kreuzes aufweist, daß der Hohlleiterabschnitt (H) so drehbar ist, daß seine Querschnittskanten diagonal zu den Symmetrielinien der Feldkonfiguration der //ii-Welle der kreuzförmigen Hornantenne und Achteck-Hornantenne bzw. der Hn -Welle der kreisförmigen Hornantenne liegen, und daß die an den zwei Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes (HY I-HY6) anstehenden H₂₀- und H₀₂-Wellen einem Komparatornetzwerk (R, HYT, HYS, Ph, D) zugeführt sind, derart, daß an dessen beiden Ausgängen die Azimut- und Elevationsablage verfügbar sind.

2. Einem beweglichen Sender nachführbare Hornantenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß das Komparatometzwerk aus einem RichtkoppItT (R) besteht, dessen Eingänge über ein Phasenglied (Ph) mit den beiden Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes (HYi-HYS) verbunden sind.

3. Einem beweglichen Sender nachführbare Hornantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Komparatometzwerk aus zwei hintereinandergeschalteten Hybriden (HYT, HYB) besteht, zwischen denen ein Phasenglied (Ph) und ein Dämpfungsglied (D) angeordnet sind, wobei das erste Hybrid (HYT) mit den beiden Ausgängen des Zusammenfassungsnetzwerkes (HYi-HYS) verbunden ist