DE2240893A1

DE2240893A1 - Spiegelantenne, insbesondere fuer das 12 ghz-band

Info

Publication number: DE2240893A1
Application number: DE19722240893
Authority: DE
Inventors: Georg Scheuering; Manfred Schiller
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG; Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG; Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1972-08-19
Filing date: 1972-08-19
Publication date: 1974-03-07
Also published as: GB1384677A; NL7311358A; FR2221825A1; FR2221825B3

Description

Spiegelantenne, insbesondere für das 12 GHz-Band

Für den geplanten und in einigen Ländern auch schon realisiertenJ3atelliten-Fernsehempfang im 12 GHz-Frequenzband sind empfangsseitig Riehtempfangsantennen in .Form von scharfbündelnden Parabolspiegel-Reflektorantennen nötig, wie sie bisher nur im kommerziellen Dienst in Form relativ teuerer Metallkonstruktionen eingesetzt werden. Die bisher üblichen Spiegelkonstruktionen mit meist aus Metallblech gepressten Spiegeln sind in dieser Form nicht für die billige und trotzdem genaue Serienfertigung geeignet, denn in dem erwähnten 12 GHz-Frequenzband bedeuten schon sehr,geringfügige Abweichungen der metallischen Spiegelreflektoroberfläche von der Sollform erhebliche Gewinnverluste. So würde beispielsweise in diesem Frequenzbereich eine Abweichung von 1 mm, wie sie als. Herstellungstoleranz für Blechpressteile üblicherweise zulässig ist, einen Gewinnverlust von 1 db bedeuten. Die bekannten Parabolspiegelkonstruktionen sind ausserdem meist als fertige Baueinheiten fabrikmässig zusammengebaut und Serviceoder Reparaturarbeiten sind daran nur von geübten Fachleuten durchführbar.

409810/0588

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Spiegelantenne, insbesondere für das 12 GHz-Frequenzband, zu schaffen, die einfach und billig in Massenproduktion mit der aus elektrischen Gründen erforderlichen Genauigkeit formstabil herstellbar ist und in der gleichzeitig auch die mit dem Erreger verbundene elektrische Schaltungseinheit, beispielsweise die Emfpängereingangsstufe, einbaubar ist.

Diese Aufgabe wird erflndungsgemäss durch eine Spiegelantenne nach dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Antenne, insbesondere auch des Erregers, ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Eine erfindungsgemässe Spiegelantenne ermöglicht den unmittelbaren Einbau der mit dem Erreger elektrisch verbundenen elektrischen Schaltungseinheit - bei einer Fernsehempfangsantenne beispielsweise die Empfängervorstufe, bei einer Sendeantenne beispielsweise die Senderendstufe - in dem einstückig auf der Rückseite des Spiegels ausgebildeten Gehäuse. Die Schaltungsbaueinheit kann zusammen mit dem Erreger aus diesem Gehäuse zu. Reparatur- und Wartungsarbeiten sehr einfach ein- und ausgebaut werden, ohne dass hierzu die eigentliche Spiegelbefestigung am Mast oder dergl. gelöst werden muss. Trotzdem kann die Gesamtanordnung, sehr einfach und billig in Massenproduktion hergestellt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die gesamte Spiegel-Gehäuse-Einheit und vorzugsweise auch die zugehörige abnehmbare Erregereinheit im Spritzgussverfahren aus Kunststoff, beispielsweise aus einem geeigneten wetterbeständigen Polyesteroder Epoxydharz, u.U. mit entsprechender Glasfaserverstärkung herzustellen und nur die Spiegeloberfläche und Teile der Erregereinheit mit einer Metallschicht zu versehen. Solche Spritzguss-Kunststoffteile können sehr genau mit bleibender Genauigkeit von

409810/0566

- ' ■ 224D893

unter einem zehntel Millimeter gefertigt werden, so dass kLeine Gewinnverluste durch Formabweichungen der Spiegeloberfläche zu befürchten sind. Die Metallschicht auf der Spiegeloberfläche wird vorzugsweise nach einem bekannten Galvanisierverfahren aufgebracht, das eine gute Haftung gewährleistet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemässe Spiegel-Reflektorantenne bestehend aus einem Parabolspiegel 1 .und einem rückwärts einstückig daran anschliessenden Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 ist zylindrisch ausgebildet und seine Längsachse fällt mit der Rotationsachse 5 des Parabolspiegels 1 zusammen. Das Gehäuse 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf der Rückseite durch einen Boden 4 verschlossen und auf der der Abstrahlungsrichtung zugekehrten Seite im Scheitelbereich des Spiegels 1 offen. Diese Gehäuseöffnung 9 ist durch eine abnehmbare Verschlussplatte 5 abgedeckt, die auf der Aussenseite entsprechend der Krümmung des Spiegels 1 parabolförmig gekrümmt ist und den Erreger 13 trägt. Der Spiegel 1 mit daran anschliessendem Gehäuse 2 und die Platte 5 sind im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Die Spiegelinnenseite und auch die gekrümmte Oberfläche der Platte 5 sind durch Galvanisieren mit einer Metallschicht 6 aus Kupfer, Nickel, Chrom oder dergl. beschichtet. Über diese Metallschicht 6 kann noch Kunststoffschutzbelag aufgebracht sein. Am Spiegelrand ist vorzugsweise ein Versteifungsrand 7 vorgesehen, wenn nötig können zur Erhöhung der Formbeständigkeit auf der Spiegelrückseite ausserdem noch gestrichelt angedeute tejVer steif ungsr ippen 8 vorgesehen sein.

09810/0566

Auf der Rückseite der Platte 5 ist eine nur schematisch angedeutete elektrische Schaltungseinheit 10 befestigt, welche die elektronischen Bauelemente, beispielsweise der Empfängereingangsstufe, enthält. Der Aufbau dieser elektrischen Schaltungseinheit richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck der Antenne, der Ausbildung des Erregers und des nachfolgenden, vonfier Antenne abgesetzten und mit dieser über ein Kabel 11 verbundenen eigentlichen Empfangs- oder Sendegeräts. Diese Einheit 10 kann beispielsweise den mit dem Erreger XJ> zusammenwirkenden Eingangsresonatorkreis, den überlagerungsoszillator für die erste Frequenzumsetzerstufe, eventuelle Zwischenverstärkerstufen und dergl. enthalten. Das Verbindungskabel 11 kann beispielsweise ein Koaxialkabel, Speisekabel für die Schaltungseinheit 10 und dergl. enthalten.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht der Erreger 13 aus einem stabförmigen Hohlleiter 20, der senkrecht auf der Platte 5 beispielsweise durch Löten oder dergl. befestigt ist und der an seinem innen liegenden Ende unmittelbar mit der elektrischen Schaltungseinheit 10 elektrisch verbunden ist. Der Hohlleiter 20 kann beispielsweise ein rundes oder rechteckiges Rohrstück sein, an dessen oberem Ende ein Zwischenstück 21 aus Isoliermaterial eingesetzt ist, das einen Metallreflektor 22 z.B. in Form einer Metallscheibe trägt.

409 8 10/0566

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann die aus Platte 5* elektrischer Schaltungseinheit 10 und Erreger 13 bestehende Baueinheit von der Vorderseite des Spiegels 1 aus ein- und ausgebaut werden. Die Platte 5 ist in einer die öffnung 9 umgebenden Ausnehmung des Spiegels 1 eingesetzt, so dass ihre gekrümmte Oberfläche mit der Parabolflache des SpiegelsVexakt fluchtet. Zur Einhaltung eines genauen Einbaus der Platte 5 können an dieser no'ch Führungsstifte 14 angebracht sein, die in entsprechende Führungslöcher am Rand der Gehäuseöffnung 9 im Spiegel 1 passen. Am rückwärtigen Ende der Schaltungseinheit 10 ist ein Fortsatz 15 angebracht, der im eingebauten Zustand durch ein Loch 16 am Boden 4 des Gehäuses 2 nach aussen ragt und auf welchem eine Befestigung 17 aufschraubbar oder durch eine Bajonettverbindung aufsetzbar ist. Durch den -Ansatz 15 ist auch das Kabel 11 nach aussen geführt. Die Befestigung 17 hält die an der Schaltungseinheit 10 befestigte Platte 5 in der vorbestimmten Stellung in ihrer Ausnehmung und die gesamte Baueinheit kann nach Lösen der Befestigung 17 einfach aus dem Gehäuse herausgezogen werden.

Fig. 2 zeigt ein besonders einfaches und robustes AusfUhrungsbeispiel für den Erreger 13. Der Hohlleiter besteht aus einem im Querschnitt runden Stab 23 aus Kunststoff material, das geringen Verlustfaktor besitzt. Sein dem Brennpunkt 12 des Spiegels 1 zugewandtes Ende, ist pilzförmig verbreitert und auf der Stirnfläche dieser Verbreiterung 26 ist ein Metallbelag 24 als Reflektorschicht durch Galvanisieren aufgetragen. Diese Stirnfläche

409810/0568

ist, wie der Querschnitt nach Fig. 2 zeigt, bezogen auf den Brennpunkt 12 etwa parabolförmig konkav gekrümmt. Die Krümmung dieses Reflektorbelages 24 richtet sich nach der Krümmung des Spiegels 1 und der Art des Quellpunktes des mit der elektrischen Schaltungseinheit 10 verbundenen Hohlleiters , Der zylindrische Schaft des Stabes 25 ist bis zur pllzförmigen Verbreiterung mit einem Metallüberzug 25 versehen, der wiederum vorzugsweise durch Galvanisieren aufgetragen ist. Die Oberfläche des verbreiterten Stababschnittes 26 zwischen dem Ende des durch den Belag 25 gebildeten rohrförmigen Hohlleiters und der im Abstand darüber liegenden Reflektorfläche 24 ist bezogen auf den Brennpunkt 12 kugelförmig gekrümmt, so dass alle zwischen Spiegel 1, Reflektor 24 und Hohlleiter verlaufenden Strahlen gleiche Laufwege besitzen. Diese kugelförmige Übergangsfläche zwischen dem dielektrischen Material der Verdickung 26 und der umgebenden Luft besitzt ausserdem eine Dielektrizitätskonstante, die zwischen dem Wert der Dielektrizitätskonstante des Materials der Verdickung 26 und der umgebenden Luft liegt, und zwar wird die Dielektrizitätskonstante in diesem Bereich vorzugsweise Yg gewählt, wenn£ die Dielektrizitätskonstante des Kunststoff materials ist. Auf diese Weise werden Reflexionsverluste vermieden. Dieses Ünergangs-Dielektrikum kann beispielsweise durch Auftragen eines zusätzlichen Kunststoffbelages entsprechender Dielektrizitätskonstante, beispielsweise einer dünnen Schaumschicht oder dergl. erzeugt werden, der gleiche Effekt kann jedoch auch einfach dadurch erzielt werden, dass in die Oberfläche der Verdickung 26 in vorbestimmter Verteilung und mit vorbestimmten Abmessungen Sacklöcher 27, Rillen, Ritzen oder dergl. ausgebildet werden, durch welche die Dielektrizitätskonstante an der Oberfläche entsprechend herabgesetzt wird.

40981 0/0566

Der Erreger 13 nach Fig. 2 ist durch ein Loch der Platte 5 hindurchgesteckt und mit seinem Metallbelag 25 an dem Metallbelag 6 der Platte 5 angelötet. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Platte 5 auf beiden Seiten und evtl. auch in dem den Hohlleiter aufnehmenden Loch mit einem Metallbelag zu versehen. An dem in die elektrische Schaltungseinheit 10 hineinragenden Ende des Hohlleiters kann in bekannter Weise über eine Koppelschleife oder dergl. ein Koaxialkabel angeshlossen sein. Ein besonders einfacher Gesamtaufbau für einen Fernsehempfänger ergibt sich , wenn in dieses Ende des Hohlleiterjs unmittelbar die Mischdiode 28 eingebaut wird, die von aussen durch den Überlagerungsoszillator gespeist wird., so dass an der Auskoppelstelle dieses Hohlleiters unmittelbar die Zwischenfrequenz entsteht, die dann über das Kabel 11 an das eigentliche Empfangsgerät weitergeleitet wird.

Fig: 2' zeigt ferner eine andere Befestigungsart für die Erre_r ger-Baueinbeit im Gehäuse·2. Hier ist die Abdeckplatte 5* welche die zum Spiegel offene Gehäuseöffnung 9 verschliesst, von der Rückseite des Spiegels eingesetzt. Sie ist unmittelbar mit der elektrischen Sehaltungseinheit 10 verbunden, beispielsweise auf der Stirnseite des die Schaltungseinheit 10 aufnehmenden schematisch angedeuteten Gehäuses 10 aufgesetzt. Das Gehäuse 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel hinten offen und die gesamte Baueinheit kann von rückwärts in das Gehäuse 2 ein- und ausgebaut werden. Diese Konstruktion ist besonders dann von "Vorteil, wenn der Reflektor des Erregers IJ einen relativ kleinen Durchmesser besitzt, denn in diesem Fall braucht die Gehäuseöffnung 9 im Spiegel 1 nur so gross wie dieser Reflektor zu sein. Dies hat den Vorteil,, dass die Trennzone zwischen Platte 5 und Spiegeloberfläche in der Abschattzone des

409 8 1 0/-Q-S-S'6-

Reflektors liegt und damit elektrisch gesehen am wenigsten stört. Die Erreger-Schaltungs-Baueinheit 5* 10, 1} kann in diesem Fall beispielsweise durch einen auf das Gehäuse 2 aufgesetzten Befestigungsring 18 gehalten werden.

Die Antenneneinheit nach Fig. 1 oder 2 wird vorzugsweise über eine auf das zylindrische Gehäuse 2 aufgesetzte Schelle j50 an einem Mast oder dergl. befestigt. Wenn nötig können am Spiegel, beispielsweise an zusätzlichen Versteifungsrippen 8, auch noch zusätzliche Befestigungseinrichtungen wie Befestigungslöcher oder dergl. vorgesehen sein.

Um den eigentlichen Antennenspiegel vor Umwelteinflüssen, beispielsweise vor Regen oder Vereisung, zu schützen, kann über dieSpiegelöffnung eine Schutzfolie gespannt sein oder eine gestrichelt angedeutete Kunststoffschale 21 über die Spiegelöffnung und den Erreger aufgesetzt und am Spiegelrand auf geeignete Weise, beispielsweise über eine Nut-Feder-Verbindung, befestigt sein.

Die äusseren Abmessungen der Antenne richten sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck und der jeweiligen Betriebsfrequenz. Im 12 GHz-Frequenzband mit einer Wellenlänge von 25 mm besitzt der Spiegel beispielsweise einen Aussendurchmesser von ca. 620 mm und eine Brennweite von etwa 212 mm. Die Grosse des Gehäuses 2 richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck und der Grosse der dort unterzubringenden elektrischen Schaltungseinheiten 10. Der Durchmesser und die axiale Länge des Gehäuses 2 kann beliebig gewählt werden.

Patentansprüche

409810/0566

Claims

PATENTABTWAET 80OO MÜSrCIIEN ö

DIVL.-tM». W. €rIlAF AtIKRFKLIiSTKASSK *</*. AOTO.

TKLMfON A4 48 8

Patentansprüche

1. Spiegelantenne, insbesondere für das 12 GHz-Frequenzband, dadurch gekennzeichnet, dass Im Scheitelbereich des Spiegels (1) auf dessen Rückseite einstückig mit diesem ein zur Spiegelvorderseite offenes Gehäuse (2) ausgebildet ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Spiegel (1) und Gehäuse (2) einstückig aus Kunststoff bestehen und die Spiegelinnenseite mit einer dünnen Metallschicht (6) belegt ist.

J5. Antenne nach Anspruch 2_t dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) nach einem bekannten Galvanisierverfahren aufgetragen ist.

4. Antenne nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel-Gehäuse-Einheit (1, 2) im Spritzgussverfahren hergestellt ist.

5· Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein in rückwärtiger Verlängerung der Spiegelrotationsachse (j5) angeordneter Zylinder ist.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass die zur Spiegelvorderseite offene Gehäuseöffnung (9) mit einer Platte (5) verschlossen ist.

4098 10/0566

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussplatte (5) auf ihrer Aussenseite entsprechend der Krümmung des Spiegels (1) insbesondere parabolförmig gekrümmt ist.

8. Antenne nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass auf der ins Gehäuseinnere weisenden Seite der Verschlussplatte (5) die mit dem Erreger (13) zusammenwirkende elektrische Schaltungseinheit (10) befestigt ist.

9. Antenne nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Erreger (13) auf der Verschlussplatte (5) befestigt ist.

10. Antenne nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussplatte (5) mit dem Erreger (13) und/oder der elektrischen Schaltungseinheit (10) eine von der Spiegel-Gehäuse-Einheit (1, 2) abnehmbare Baueinheit bildet.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennze i chne t, dass das Gehäuse (2) auf. der dem Spiegel (1) abgewandten Seite durch einen Boden (4) verschlossen ist und die Erreger-Baueinheit (5, 10, 13) von der Spiegelvorderseite aus über die Gehäuseöffnung (9) ein- und ausbaubar ist.

12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Erreger-Baueinheit um Ge häuseboden (4) lösbar befestigt ist.

4098 1 0/0566

13· Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennz ei ohne t, dass die Befestigung über einen an der Verschlussplatte (5) bzw. der Schaltungseinheit (10) befestigten und durch ein Loch (l6) des Gehäusebodens (4) hindurchsteckbaren Fortsatz.(15) erfolgt, durch dessen Inneres die elektrischen Zeuleitungen (11) zur und von der Schaltungseinheit (10) herausgeführt sind»

1%. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn z- eic hn. et, dass das Gehäuse (2) auf der dem Spiegel (1) abgewandten Seite offen 1st (Fig.2) und die Erreger-Baueinheit (5* .10, 13) von der Spiegelrückseite aus ein- und ausbaubar ist.

15. Antenne nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennze i ohne t, dass zwischen Verschlussplatte (5) und dem diese aufnehmenden Gehäuseöffnurtgsrand eine Loch-Stift-Führung (14) vorgesehen ist.

16. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch g e k eη η ζ e i c h η e t, dass auf der Aussenseite des Gehäuses (2) und/oder auf der Rückseite des Spiegels (1) Befestigungseinrichtungen (30) vorgesehen sind.

17. Antenne nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine auf* das zylindrische Gehäuse (2.) aufgesetzte Befestigungsschelle (30) ist.

18. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 17* dadurch gekennz. elchne. t» dass am Spiegel (1) ein Verstärkungsrand (7) und/oder auf der Spiegelrückseite Versteifungsrippen (8) ausgeformt sind.

4Q981Q/0566

19· Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) mit einem Kunststoffbelag überzogen ist,

20. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelöffnung mit einer Kunststoffolie oder einer Kunststoffschale (21) abgedeckt ist.

21. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (13) ein an der Verschlussplatte (5) befestigter elektrischer Hohlleiter (20) ist, an dessen vom Spiegel (1) abgewandtem Ende über ein Isolierstück (21, 26) ein Reflektor (22, 24) befestigt ist.

22. Antenne nach Anspruch 21, dadurch gekennze i ohne t, dass der Hohlleiter ] durch einen aussen mit einem Metallüberzug (25) versehenen Kunststoffstab (23) gebildet ist, auf dessen pilzfö'rmig verbreiteter Stirnfläche der Reflektorbelag (24) ausgebracht ist.

23. Antenne nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Kunststoffstabes (23) kreisförmig ist.

24. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die den Reflektor«- belag (24) tragende Stirnfläche des Kunststoffstabes konkav, insbesondere etwa parabolförmig gekrümmt ist.

409810/0566

25. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 25* dadurch gekennzeichnet, dass der Metallüberzug (25) des Hohlleiters ' und der Reflektorbelag (24) auf dem Kunststoffstab (23, 26)
nach einem bekannten Galvanisierverfahren aufgetragen sind.

26. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffs tab (2J>) derart an der Platte (5) befestigt ist, dass der Brennpunkt (12) des etwa parabolförmig gekrümmten Reflektorbelages (24) mit dem Brennpunkt (12) des insbesondere ebenfalls parabolförmig gekrürnmten Spiegels (1) zusammenfällt.

27. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des pilzförmigen Zwischenstückes (26)
zwischen Reflektorrand und Ende des Hohlleitermetallbelages (25)YReflektorbrennpunkt (12) als Mittelpunkt kugelförmig gekrümmt ist.

28. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Zwischenstückes (26) einen kleineren Wert der Dielektrizitätskonstante besitzt als das
Kunststoffmaterial des Stabes (22, 26).

29. Antenne nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Zwischenstückes (26) Löcher (27) und/oder Rillen aufweist.

409810/0566

30. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 29* dadurch gekennzeichnet, dass an dem vom Reflektor (25, 24) abgewandten Ende des Hohlleiters

unmittelbar die elektrische Schaltungseinheit (10) angeschlossen ist.

31. Antenne nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der durch ein Loch der Platte (5) hindurch gesteckte Hohlleiter

' mit seinem äusseren Metallüberzug (25) mit der insbesondere beidseitig aufgebrachten Metallschicht (6) dieser Platte (5) verlötet ist.

409810/0566