DE2246650A1

DE2246650A1 - Aplanatische hoechstfrequenzantenne

Info

Publication number: DE2246650A1
Application number: DE19722246650
Authority: DE
Inventors: Claude Aubry; Joseph Roger
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1973-03-29
Also published as: IT965409B; FR2153164A1; FR2153164B1; US3797020A; GB1385737A; DE2246650C2

Description

D'pl.-Ing. Dipl. oee. pubi. DIETRICH LsWIMSKY 22.9.1972 PATcMfANWALT "

8 Mflnchai 21 - Gott^ardsir. 81 7165-IV/He.

Telefon 561762

THOMSON - CSF, Paris 8, Bid. Haussmann 173 (Prankreich)

"Apianatische Höchstfrequenzantenne"

Priorität vom 22. September 1971 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 71 3¹* 067

Die Erfindung betrifft eine aplanatische Höchstfrequenzantenne mit zwei Reflektoren und mehreren Strahlern.

Ein Bedürfnis für eine derartige Antenne besteht beispielsweise auf dem Gebiet der Satellitenfunktechnik, wo die Forderung gegeben ist, daß ein Satellit Informationen gleichzeitig und unabhängig voneinander an mehrere, auf verschiedene Zonen verteilte Bodenstationen überträgt. Diese auf derselben Frequenz vorgenommenen Übertragungen erfordern eine Anzahl von Antennen, die auf der gleichen Frequenz arbeiten, wobei jede Antenne ein Strahlungsdiagramm mit einer Hauptkeule und Nebenzipfeln besitzt. Da die Antennen gleichzeitig und unabhängig voneinander auf derselben Frequenz arbeiten sollen, 1st es wünschenswert, daß die Nebenzipfel jeder Antenne so klein wie möglich sind, damit sie nicht mit den benachbarten, -den anderen Antennen zugehörigen Hauptkeulen interferieren.

Bei diesen auf Satelliten angebrachten Antennen ist es gleich!- falls empfehlenswert, daß das verwendete Bündelungssystem der I Bedingung des Aplanatismus genügt, d.h., daß eine leichte ;

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Verschiebung einer oder mehrerer Primärquellen gegenüber dem Brennpunkt des Systems nicht zu einer Änderung der Parallelität der von dem System übertragenen Strahlen führt. Eine derartige Änderung würde sich als Verbreiterung der Hauptkeule auswirken und zum Auftreten von Nebenkeulen oder Aberrations-Nebenzipfeln führen.

Diese beiden Bedingungen, nämlich AplanatIsmus und Aufrechterhaltung eines niedrigen Niveaus der Nebenzipfel, führen zu einer bestimmten körperlichen Gestalt der Antenne.

Es ist eine aplanatisehe Mehrbündel-Antenne bekannt, die sogenannte Schwarzschild-Antenne, die von der Cassegrain-Antenne abgeleitet ist und aus zwei rotationssymmetriachen Reflektoren, nämlich einem Hauptreflektor und einem Hilfsreflektor, besteht, die eine gemeinsame Achse besitzen und Meridiane aufweisen, die genau so bestimmt sind, daß die Gesamtanordnung aplanatisch ist.

Dennoch macht die Einhaltung dieser Bedingung die Schwarzschild-Antenne nicht für eine Anwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet. Bei dieser Antenne tritt nämlich ein Masken- oder Abschattungseffekt infolge der im allgemeinen in der Nähe des Hauptreflektors gelegenen Strahler auf. Dieser Maskeneffekt neigt zu einer Verstärkung bzw. Erhöhung des Niveaus oder Pegels der Nebenzipfel. Eine derartige Antenne vermag unter den einleitend angegebenen Umständen nicht zu befriedigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der vorstehend angegebenen Nachtelle eine Antenne der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei der keine Abschattung oder Maskierung auftritt.

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Diese Aufgabe 1st bei der hler vorgeschlagenen Antenne erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Symmetrieachsen der beiden Reflektoren, deren Meridienverlauf der Bedingung des Aplanatismus genügt, sich schneiden', und daß zwischen die Strahler und das aus den beiden Reflektoren bestehende Bündelungssystem ein für elektromagnetische Wellen teildurchlässiges Organ eingefügt ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Antenne bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die eine beispielsweise gewählte Ausführungsform in schematlscher Vereinfachung wiedergibt. Es zeigen:

Fig. 1 eine sogenannte Schwärzechild-Antenne, Flg. 2 eine Antenne nach der Erfindung,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit eingezeichnetem Strahlenverlauf im Bündelungssystem,

Fig. k ein mit der Antenne nach der Erfindung erhaltenes Strahlungsdiagramm.

Die als Schwarzschild-Antenne bezeichnete aplanatische Mehrstrahlantenne gehört zur Gattung der Antenne mit zwei Reflektoren, von denen die bekannteste die Cassegrain-Antenne ist.

Eine solche Cassegrain- oder Schwarzschild-Antenne ist in Flg. 1 dargestellt. Sie besteht aus einem sogenannten Hauptreflektor 1 und aus einem sogenannten Hilfsreflektor 2, dessen Achse mit der Achse des Hauptreflektors zusammenfällt. Ein Strahler 3 sitzt Im Scheitel S₁ des Hauptreflektors, wobei der Scheitel im allgemeinen mit dem Brennpunkt des Hilfsre-

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flektors zusammenfällt, der im Fall der Cassegrain-Antenne ein Hyperbelelement ist, während der Hauptreflektor ein Parabölelement ist. Diese Reflektoren sind so zueinander angeordnet, daß ein paralleles Strahlenbündel, das von einem auf der Achse und im Unendlichen liegenden Objekt kommt und auf den Hauptreflektor auffällt, in Richtung auf den Brennpunkt dieses Hauptreflektors reflektiert und von dem Hilfsreflektor 2 aufgefangen wird, der es auf den Strahler 3 konvergieren läßt.

Umgekehrt wird ein von einer Primärquelle 3 in Richtung auf den Hilfsreflektor 2 abgestrahltes Bündel in Richtung auf den Hauptreflektor 1 reflektiert, der es seinerseits in Form eines zur Achse des Bündelungssysteme parallelen Strahlenbündels reflektiert.

Es wurden bereits verschiedene Abänderungen an diesen Antennen und Insbesondere an den Cassegrain-Antennen vorgenommen, um den Maskeneffekt zu vermindern, der umso größer ist, je größer die Abmessungen des Hilfsreflektors sind. Folglich wurde unter anderem auch versucht, die Abmessungen des Hilfsreflektors zu vermindern. Ebenso wurde versucht, dea Strahler eine stärkere Richtcharakteristik zu verleihen oder auch ihn näher an den Hauptreflektor heranzubringen. Man verwirklichte auch bereits einen halbdurchlässigen Hilfsreflektor, der die von dem Strahler mit einer bestimmten Polarisation ausgehenden Strahlen reflektiert, während er die Strahlen mit den gegenüber um 90° gedrehter Polarisation hindurchtreten und auf den Hauptreflektor gelangen läßt. In diesem Fall besteht jedoch der auf die Primärquelle zurückzuführende Maskeneffekt fort. Mit allen diesen Maßnahmen läßt sich folglich eine so weitgehende Verkleinerung bzw. Dämpfung der Nebenzipfel, wie sie für bestimmte Anwendungen nötig ist, nicht erreichen. Darüber hinaus genügt der Hauptreflektor, da er parabolisch 1st, nicht der AplanatIsmus- oder Sinusbedingung. Die Schwarzschild-Antenne weist

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diesen Fehler der Cassegrain-Antenne nicht auf und besitzt hierzu einen Hauptreflektor und einen Hilfsreflektor, deren Form sich etwas von derjenigen der Reflektoren der Cassegrain-Antenne unterscheidet, da die Meridiane der Reflektoren so berechnet sind, daß der Aplanatismus-Bedingung genügt wird.

Es ergibt sich hieraus, daß die Schwarzschiid-Antenne zwar aplanatisch ist, jedoch noch Nebenzipfel mit einem relativen Pegel besitzt, der für das für die Antenne nach der Erfindung vorgesehene Anwendungsgebiet zu hoch ist.

Fig. 2 gibt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen aplanatischen Mehrbündel-Antenne mit starker Dämpfung der Nebenzipfel wieder. Diese Antenne besteht aus zwei Reflektoren, nämlich einem Hauptreflektor 1 und einem Hilfsreflektor 2, die das Bündelungssystem der Antenne bilden. Diese Reflektoren haben beide eine Form ähnlich derjenigen der Reflektoren der Schwarzschild-Antenne.

Unter diesen Umständen ist das Bündelungssystem aplanatlsch. Die Achsen seiner Reflektoren schneiden sich; in der Figur verlaufen sie rechtwinklig zueinander, wobei der Schnittpunkt mit A bezeichnet 1st. Durch diesen Funkt hindurch verläuft ein ebenes Organ, dessen Projektion in der Zeichenebene in einem Winkel von 45° in bezug auf die durch die Achsen der Reflektoren gebildeten Bezugsachsen verläuft. Dieses Organ 4 besteht aus einem Gitter paralleler Metalldrähte 41. Es bildet somit einen Spiegel, der für die auftreffenden elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit von ihrer Polarisation teildurchlässig 1st. Die Primärquellen 3 liegen gegenüber dem Hilfsreflektor 2, und zwar derart, daß die Wellen, die sie abstrahlen oder die sie von einem im Unendlichen befindlichen Objekt erhalten, durch die Ebene 4 hindurchlaufen.

Die Arbeitsweise der Antenne nach der Findung läßt die Rolle,

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die die Polarisation der Wellen spielt, deutlich werden. Der Hauptreflektor und der Hilfsreflektor besitzen je einen überzug 11 und 21, der polarisationsdrehend wirkt. Ein derart!- . ger überzug, bestehend aus einem Gitter paralleler Drähte, die unter 45° gegen die Polarisationsrichtung verlaufen, ist im Abstand ^ vor den Reflektor angeordnet und wirkt wie eine -Platte, die die Polarisationsebene der auftreffenden Wellen

um 90° dreht.

Die Anbringung der verschiedenen Bestandteile des Antennensystems, wie sie aus Flg. 2 hervorgeht, macht deutlich, daß der Maskeneffekt der Strahler und des Hilfsreflektors, der für die Entstehung der Seitenzipfel verantwortlich ist, nicht mehr existiert. Das Antennensystem nach der Erfindung ist folglich einerseits aplanatisch und weist andererseits in seinem Strahlungsdiagramm sehr kleine Nebenzipfel auf. In Fig. 4 ist ein derartiges Diagramm für zwei Antennen nach der Erfindung wiedergegeben.

Die Arbeitswelse eines solchen Antennensystems wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Ein durch den Strahl BC symbolisiertes Strahlenbündel wird von einem der Strahler 3» nämlich dem Strahler 30, mit einer zur Zeichenebene parallelen Polarisation P abgestrahlt. In diesem Fall verlaufen die die Ebene 4 bildenden Drähte senkrecht zu der Polarisationsrichtung P und lassen daher einen solchen Strahl hindurchtreten. Dieser Strahl wird durch den Hilfsreflektor 2 im Auftreffpunkt C in der Richtung CE reflektiert. Beim Durchtritt durch den überzug 21 hat sich die Polarisationsrichtung des reflektierten Strahles um 90° gedreht und verläuft nunmehr rechtwinklig zur Ebene der Fig. 3, nämlich in der Richtung P₁ und damit parallel zur Richtung der Drähte 41 des ebenen Gitters 4. Daher wird nun der Strahl CE an der Ebene 4 im Punkt E in die Richtung EF reflektiert, wobei der Punkt F der Auftreffpunkt auf den Hauptreflektor 1 1st. In F wird der auf den Reflektor

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auffallende Strahl parallel zur Achse S^A des Hauptreflektors reflektiert. Der Überzug 11 des Hauptreflektors dreht die Polarisation des Strahlers EP um 90°, so daß sie nun in der Richtung P₂ rechtwinklig zu den Drähten des Gitters 4 verläuft. Der Strahl FG tritt durch die Ebene 4 hindurch.

Ein anderer Strahl HIJKL, der von einem Strahler 32 ausgeht, folgt einem analogen Weg und wird in K in die Richtung KL reflektiert.

In Anbetracht des Reziprozitätsgesetzes konvergieren umgekehrt Strahlen, die parallel zur Achse S₁A von einem im Unendlichen befindlichen Objekt ausgehen, nach Durchlaufen des Bündelungssystem der Fig. 3 am Ort des Strahlers 30.

Die Antenne nach der Erfindung stellt somit eine aplanatische und abschattungsfreie Höchstfrequenz-Mehrstrahlantenne dar.

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Claims

Dipl-lng V»p\ rc p. ti.

DIETRICl --V-MSKY $> 22.9.1972

PATtNTANWALT -

8Mtacbe»21 - Gptthonblr.8! 7l6₅-IV/He.

THOMSON - CSP, Paris 8, Bid. Haussmann 173 (Prankreich)

Patentansprüche:

Aplanatisehe Höchstfrequenzantenne mit zwei Reflektoren und mehreren Strahlern, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen der beiden Reflektoren (1, 2), deren Meridienverlauf der Bedingung des Aplanatismus genügt, sich schneiden,und daß zwischen die Strahler (3) und das aus den beiden Reflektoren bestehende Bündelungssystem ein für elektromagnetische Wellen teildurchlässiges Organ (¹O eingefügt ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das teildurchlässige Organ (M) aus einer Ebene aus zu einer gegebenen Richtung parallelen Metalldrähten besteht.
3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen der Reflektoren (1, 2) senkrecht aufeinander stehen.
M. Antenne nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das für die elektromagnetischen Wellen teildurchlässige Organ (1) aus einer Ebene aus parallelen Metalldrähten besteht und um etwa ¹J5° gegenüber den Reflektorachsen des Bündelungssystems geneigt 1st.
5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3) gegenüber dem Hilfsreflektor (2) angeordnet sind und diesen quer durch das teildurchlässige Organ (^)hindurch ausleuchten.

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6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (1) und der Hilfsreflektor (2) mit einem
Überzug (11, 21) versehen sind, der die Polarisation der ihn erreichenden Wellen um 90° dreht.

7· Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ebene (¹O bildenden Metalldrähte horizontal, d.h.
parallel zur Polarisation (P) der von den Primärstrahlern abgestrahlten oder empfangenen Welle verlaufen.

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