DE2311439A1

DE2311439A1 - Antennenanordnung

Info

Publication number: DE2311439A1
Application number: DE19732311439
Authority: DE
Inventors: Ikuro Sato; Shoji Soma
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1972-03-08
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1973-10-04
Also published as: JPS4891950A; IT981187B; DE2311439C2; GB1378114A; FR2175145B1; US3845483A; CA984505A; FR2175145A1

Description

Antennenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Abstrahlung von von einer Quelle abgegebenen elektromagnetischen Wellen in einer bestimmten Richtung mit einem bestimmten Abstrahlungswinkel, die nach Art einer durch Hauptreflektor und Subreflektor gebildeten Dual-Reflektor-Antenne aufgebaut rst, wie es bei Satelliten-Fernmeldesystemen Anwendung findet.

Bei bekannten Antennensystemen für die Bodenstationen eines Satelliten-Fernmelde-Systems hat man seither Dual-Reflektor-Antennen, z.B. die sog. Cassegrain- oder Gregory-Antennen verwendet. Antennen dieser Art bestehen aus einem Hauptreflektor, einem Subreflektor, einem primären Horn zur Einspeisung der hochfrequenten Energie zur Antenne und einem Nachführ-Empfänger sowie einer Übertragungs-Einheit. Um die Leitungsverluste in den primären Einspeisekreis und das Rauschen so gering wie möglich zu halten, muß ein rauscharmer Empfänger für den Empfang und ein Leistungsverstärker für den Sender so nahe wie möglich an der Antenne angeordnet sein. Bei der Einstellung des Elevations- und des Azimut-Winkels derartiger Antennen muß die Antenne daher zusammen mit

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der primären Einspeise-Einheit und der zugeordneten elektronischen Baueinheit gedreht werden. Das führt bei rauscharmen Mikrowellenantenneji zu sehr großen Dimensionen und dadurch bedingten Behinderungen bei der Installation und Wartung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antennensystem zu schaffen, das diese hohe elektrische Leistungfähigkeit und nur sehr geringes Rauschen aufweist, bei der jedoch diese Nachteile des Antriebs der Antenne zur Einstellung des gewünschten Elevations- und Azimut-Winkels nicht gegeben sind. Es soll ferner ohne Aufτ gäbe der genannten guten elektronischen Eigenschaften möglich sein, den elektronischen Teil getrennt vom beweglichen Teil des Antennen-Systems anzuordnen und ein Antennensystem zu schaffen, dessen Abstrahlungsdiagramm und Leistungsfähigkeit unabhängig vom Antrieb der Antenne zur Einstellung verschiedener Elevations- und Azimut-Winkel ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein erster ebener Reflektor (B¹) die Wellenum 90°C umlenkt, danach ein erster gekrümmter Reflektor (A¹) die Wellen um einen bestimmten Winkel umlenkt und ein zweiter gekrümmter Reflektor (A) die Wellen wiederum umlenkt und danach ein zweiter ebener Reflektor (B) die Wellen an den Subreflektor (2) der Dual-Reflektor-Antenne (2,3) abstrahlt und ferner der erste ebene Reflektor (B¹) und die beiden gekrümmten Reflektoren (Α,Α¹) um eine Achse (Az) drehbar sind, die mit der Achse des von der Quelle abgestrahlten Strahlungsdiagramms koinzident ist und daß die Dual-Reflektor-Antenne (2,3) und der zweite ebene Reflektor (B) um eine weitere Achse (El) drehbar sind, die zur ersten Achse (Az) rechtwinklig verläuft, so daß durch Drehung um die erstgenannte Achse (Az) und die zweitgenannte Achse (El) die Veränderung des Azimut- und des Elevations-Winkels der Dual-Reflektor- Antenne (2,3) erfolgt.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:

Fig. Ka) und Kb) Längsschnitte bekannter Dual-Reflektor-Antennen ;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines bekannten auf einen Sockel montiertenDual-Reflektor-Antennensystems;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels ;

Fig. 4(a) und 4(b) Querschnitte zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels mit den Strahlungsrichtungen der Mikrowellen bei Anordnung gekrümmter Reflektor-Oberflächen, die zueinander so angeordnet sind, daß sich eine invertierte Abbildung der einen in den anderen ergibt;

Fig. 5(a) und 5(b) Diagramme zur Erläuterung der Veränderung des Schwingungstyps der reflektierten Mikrowellen bei Reflektion in den gekrümmten Reflektor-Oberflächen;

Fig. 6 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels;

Fig.' 7 einen Querschnitt zur Erläuterung der Strahlungsrichtungen bei rotationssymmetrischer Anordnung der Reflektor-Oberflächen zueinander.

Die Fig. Ka) und Kb) zeigen Längsschnitte durch bekannte Dual-Reflektor-Antennen. Die Cassegrain-Antenne nach Fig. Ka) hat einen Hauptreflektor 3 von der Form eines Rotationsparabololds; der Subreflektor 2 hat die Form eines Rotationshyperboloids. Die Gregory-Antenne nach Fig. l(b) hat einen Hauptreflektor 3 von der Form eines Rotationsparaboloids; hingegen hat derSubreflektor 2 die Form eines Rotationselipsoids. Bringt man die öffnung des elektromagnetische Energie abstrahlenden primären Hornes 1 in Übereinstimmung mit einem der Brennpunkte des Sub-

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reflektors 2, so auf dessen Oberfläche Kugelwellen abgestrahlt

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werden, die von dem primären Horn 1 unter einem kleinen öffnungswinkel abgegeben werden, dann werden die von der Oberfläche des Subreflektors 2 reflektierten Wellen in Kugelwellen transformiert , die sich unter einem stumpfen Winkel so ausbreiten wie wenn sie von dem anderen der Brennpunkte der Oberfläche des Subreflektors 2 abgestrahlt worden wären. Die am Subreflektor reflektierten Wellen werden auf die Oberfläche des Hauptreflektors 3 abgestrahlt.

Die Anordnung ist so ausgelegt, daß der andere Brennpunkt der Oberfläche des Subreflektors 2 auch der Brennpunkt des Rotationsparaboloids des Hauptreflektors 3 ist. Die Kugelwellen werden dann am Hauptreflektor 3 in ebene Wellen mit einer sehr scharfen Richtwirkung transformiert.

Der Begriff der "Dual-Reflektor-Antenne" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Antenne mit einer Kombination eines Hauptrefektors mit einem Subreflektor. Eine Dual-Reflektor-Antenne macht keine Anpassung erforderlich; sie greift daher kein Wärmerauschen vom Erdboden auf, das von einer durch die Anpassung begründeten Überstrahlung herrührt. Aus diesem Grunde werden solche Antennen sehr häufig für Satellitensysteme verwendet. · -

Neben Cassegrain- und Gi^ory-Antennen gibt es noch Duäl-Reflektor-Antennen, bei denen in der Aperturebene eine gleichmäßige Verteilung von Amplituden und Phasen des elektromagnetischen Feldes vorliegt, um einen hohen Wirkungsgrad der Oberflächen des Haupt- und des Subreflektors zu erzielen (vgl, hierzu V. Galindo,"Design" of Dual-Reflector-Antennas with Arbitrary Phase and Amplitude Distributions, IEEE Trans, on Antennas and Propagation, Bd.12, Nr. 4, S.103 ff. (Juli 196H)).

Fig. 2 zeigt den konstruktiven Aufbau eines bekannten Antennensystems Die Hauptteile der Antenne bilden das primäre Horn 1; der Subreflektor 2 und der Hauptreflektor 3. Diese Teile wurden bereits im

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Zusammenhang mit Fig. Ka) erwähnt. 4 ist ein Einspeiseteil, der zur Feststellung des Nachführfehler-Signals, zur Durchführung des Duplexbetriebs, zum Senden und zum Empfangen der Signale dient. 5 ist eine Übertragungs-(Sender/Empfanger-)Einheit, 6 der Sockel der Antenne.

Soweit es lediglich um die elektrische Leistungfähigkeit geht, liegt der Vorteil derartiger Antennen darin, daß man die Hauptbereiche der Antenne und das primäre Horn miteinander koppeln kann, daß man ein axialsymmetrisches Strahlungsdiagramm erhält. Man kann axialsymmetrische Schwingungstypen leicht dadurch herstellen, daß man das die elektromagnetische Energie abstrahlende Horn 1 als gewelltes bzw. korrugiertes konisches Horn ausbildet, so daß sowohl das Haupt-Strahlungsdiagramm der Antenne und NuIlnachführ-Strahlungsdiagramm axialsymmetrisch werden. Das Strahlungsdiagramm der von dem primären Einspeiseteil abgestrahlten Energie enthält kaum Seitenzipfel, so daß Rauschen vom Erdboden kaum aufgegriffen wird und die Achsen der Strahlungsdiagramme-

und die Null-Achse (die Mittelachse des Nachführ-Strahlungsdiagramms gut übereinstimmen. Deshalb werden die erwähnten bekannten Antennen-Systeme für Hochleistungszwecke herangezogen.

Bei diesen bekannten Antennensystemen sind jedoch besonders rauscharme Empfänger oder Hochleistungsverstärker in der Obertragungs-Einheit 5 in Nähe des primären Einspeiseteilsnicht leicht anzuordnen, da die Hauptbestandteile der Antenne bei Drehung der Erde oder bei einer Umlaufbahn-Drift des Satelliten sowohl in Elevationswie in Azimut-Richtung zusammen mit dem primären Einspeiseteil 1 und der Übertragungs-Einheit 5 gedreht werden müssen. Bei diesen bekannten Antennensystemen ist der gesamte strukturelle und konstruktive Aufbau so groß, daß man einen FAhrstuhl oder eine ähnliche Vorrichtung für Wartung und Durchführung des Betriebs braucht, um an den Einspeiseteil der Antenne zu gelangen. Die Wartung und die Möglichkeit der Einfügung wieterer Fernmeldeeinheiten

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unterliegt daher Beschränkungen, die sich aus der Größe.des zur Verfügung stehenden Raums ergeben. Die Drehung in Elevationsrichtung verursacht ferner ein Ungleichgewicht,der gesamten Anordnung.

Fig. 3 zeigt den Längsschnitt eines Ausführungsbexspiels der Erfindung. In strichpunktierten Linien sind dabei drei Einheiten zusammengefaßt. Mit I ist die Haupteinheit, mit II der primäre Einspeiseteil, der durch Wellenleiter gebildet wird, und mit III die Übertragungseinheit bezeichnet. Die Haupteinheit I besteht aus der in Fig. Ka) gezeigten Antenne deren einzelne Teile insoweit mit denselben Bezugszeichen wie dort versehen sind.

Das Ausführungsbeispiel wird im folgenden als Sende-Antennen-Systemen beschrieben; es kann aber auch als Empfangs-Antennen-System eingesetzt werden.

Die von der Übertragungs-Einheit 5 erzeugte elektromagnetische Welle wird von dem Hffnungs-Punkt Q' als Kugelwelle abgestrahlt. Sie wird.dann an der ebenen Platte B¹ reflektiert und in eine Kugelwelle transformiert, deren Achse um 90° geschwenkt ist. Danach wird die Kugelwelle ferner an den beiden versetzten Parabolreflektoren A Und A¹ reflektiert, die zueinander so angeordnet sind, daß zwischen ihnen eine invertierte Abbildung entsteht. Als Kugelwellen die von dem ebenen Reflektor B reflektiert werden, werden sie dann fokussiert. Sind sie auf den Punkt Q, den Brennpunkt des hyperbolischen Subreflektors 2 fokussiert worden, werden sie auf die Oberfläche des Hauptrefelktors 3 als Kugelwellen abgestrahlt. Dort werden dann als Kugelwellen reflektiert, deren Mittelpunkt der andere Brennpunkt des.Subreflektors 2 ist. Die Reflexion erfolgt unter einem sehr weit ausgebreiteten Winkel. Am Hauptreflektor 3 dessen Brennpunkt auch ein Brennpunkt des Subreflektors 2 ist werden die Wellen reflektiert und in ebene Wellen transformiert. Diese werden mit sehr .scharfer

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Richtwirkung auf einen angezielten Satelliten abgestrahlt, der sich in Richtung der Mittelachse der Oberfläche des Hauptreflektors 3 befindet.

Selbst in einer Kommunikations-Verbindung mit einem geo-stationären, d.h. in Bezug auf die Erde stationären Satelliten, ändert sich die Richtung der Abstrahlung der Wellen zum Satelliten mit Drehung der Erde. Der Elevations- und der Azimut-Winkel der Antenne müssen also auch dann laufend so geändert werden, daß sie dem Satelliten folgt. Zu diesem Zweck ist das Antennensystem mit einem Rotationsmechanismus versehen, dessen Rotationsachsen so angeordnet sind, daß ElevatpnS- und Azimut-Winkel der Haupt-Einheit I geänder t werden können. In Fig. 3 ist dies durch die strichpunktierte Linie El, die waagerecht durch den Mittelbereich des ebenen Reflektors B der Haupt-Einheit I verläuft, und die Drehachse zur Änderung des Elevationswinkels Θ darstellt, angezeigt. Erfolgt eine Drehung um den Winkel θ dieser Rotationsachse, dann werden auch die elektromagnetischen Wellen, die von dem ebenen Reflektor B nach Reflektion an ihm abgestrahlt werden, um den Winkel Θ um diese Achse El gedreht. Die gesamte Antennenanordnung, zu der auch der ebene Reflektor als integraler Bestandteil gehört, wird demgemäß ebenfalls um den Elevationswinkel θ um die Achse El gedreht, so daß die elektromagnetischen Wellen in einer Richtung als scharf gerichtetes Strahlenbündel abgestrahlt werden, die wie die Antenne um den Winkel Θ geneigt ist.

Die ebenfalls strichpunktiert in Fig. 3 eingezeichnete Linie Az, die durch den mittleren Bereich des ebenen Reflektors B' des primären Einspeiseteiles II hindurchverläuft, stellt die Drehachse zur Änderung des Azimut-Winkels f dar.

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Bei. drehung um diese Achse um den Winkel ψ werden die verschiedenen Bauteile des primären Einspeiseteiles II und diejenigen der Haupteinheit I als integrale Einheit miteinander gedreht. Die elektromagnetischen Wellen werden dann also mit nach wie vor gleicher scharfer Richtwirkung in derjenigen Richtung abgestrahlt , die durch Neigung der Antenne um den Elevationswinkel und um den Azimut-Winkel ψ definiert ist.

Allgemein gilt: Wenn eine in achsensymmetrische von einem bestimmten Brennpunkt abgestrahlte Kugelwelle von einem solchen · Reflektor mit gekrümmter Oberfläche reflektiert'wird, der gegenüber demEinfallswinkel schräg angeordnet ist, erfolgt eine Änderung der Verteilung der reflektierten elektromagnetischen . Wellen derart, daß sie asymmetrisch wird. Die vorliegende Erfindung schafft nun eine neue Anordnung, bei der der primäre Einspeiseteil so gestaltet ist, daß die elektromagnetischen Wellen, deren ■Schwingungstyp derart asymmetrisch geändert wurde, durch einen weiteren Reflektor mit gekrümmter Oberfläche wiederum reflektiert werden, so daßwieder Wellen mit einem wie ursprünglich axial symmetrischen Schwingungstyp ergeben, und daß dann die derart zurücktransformierten Wellen . auf den anderen Brennpunkt fokussiert werden. Das wird als "Schwingungstypen-Anpassung" definiert. Dieser Vorgang wird im folgenden erläutert:

Fig. UCa) zeigt grundsätzlich die Anordnung, die zur Wiederherstellung einer asymmetrisch hinsichtlich ihres Schwingungstypes veränderten Welle in den Wellenleitern in den ursprünglichen Schwingungstyp erforderlich ist. Mit XY ist die Symmetrie-Ebene bezeichnet. A und A' sind gekrümmte gegeneinander versetzt ange-" ordnete Parabolreflektoren; Q¹ ist der Abstrahlungspunkt für die elektromagnetischen Wellen, Q der Punkt, auf den die elektromagnetischen Wellen fokussiert werden. a^l und b' sind die Strahlungswege der elektromagnetischen Welle vom Abstrahlungspunkt Q¹ zu beiden Enden des Parabolreflektors A'; c und d sind die Strahlungswege

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der elektromagnetischen Wellen zwischen Enden der beiden Parabolreflektoren A und A*; a und b sind die Strahlungswege der elektromagnetschen Wellen von beiden Enden des Parabolreflektor A zum Punkt Q, auf den sie fokussiert werden. Da die gekrümmten gegeneinander versetzten Parabolreflektoren A und A¹ zueinander derart symmetrisch angeordnet sind, daß sich eine invertierte Abbildung des einem in dem anderen in Bezug auf die Ebene XY ergibt, folgt, daß die einzelnen Strahlen, die zwischen den gestrichelt eingezeichneten Linien a¹, bV und a,b verlaufen, voneinander jeweils eine invertierte Abbildung darstellen.

In Fig. U(b) ist außer den beiden gegeneinander versetzten Parabolreflektoren A und A¹ noch ein ebener Reflektor B angeordnet. Obwohl enem gekrümmten Parabolreflektor A ein weiterer gekrümmter Parabolreflektor A¹ zugeordnet werden muß, der seine abbildungs; .invertierte Entsprechung darstellt, muß dem ebenen Reflektor B kein solcher entsprechender ebener weiterer Reflektor zugeordnet werden.

Die Fig. 5(a) und 5(b) erklären, warum die gekrümmten gegeneinander versetzten Parabolreflektoren A¹ und A so zueinander angeordnet werden müssen, daß sie in Bezug aufeinander eine invertierte Abbildung liefern. In Fig. 5(a) sind der eine der beiden zueinander versetzten Parabolreflektoren, nämlich der Parabolreflektor A¹ und die zugeordneten Strahlüngswege der elektromagnetischen Wellen mit densä-ben Symbolen wie in Fig. 1(a) bezeichnet. Die gestrichelte Linie m zeigt den Weg einer elektromagnetischen Welle vom Abstrahlungspunkt.Q¹ in Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels zwischen a¹ und b' an; die gestrichelte Linie η bezeichnet den Weg dieser elektromagnetischen Welle nach der Reflexion an A¹. Der Parabolreflektor A¹ hat die Form eines Rotationsparaboloids mit dem Brennpunkt O¹. Achsialsymmetrisch vom Punkt Q¹ abgestrahlte elektromagnetische Wellen werden am Reflektor» A¹ derart reflektiert, daß sie als ebene Wellen senkrecht zur Bezugsebene XY abgestrahlt

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werden. Die Oberfläche des Parabolreflektor A¹ ist, vom Abstrahlungspunkt Q¹ aus gesehen, konkav. Daher trifft die Linie m auf dem Parabolreflektor A' an einem Punkt, der von dessen Mitteibereich, in Richtung zum Auftreffpunkt der Linie a^f hin verschoben ist; daraus ergibt sich, daß die Linie η von der Mittellinie zwischen c und d in Richtung auf c hin verschoben ist. Betrachtet man also die vom Parabolreflektor A¹ reflektierten Wellen von der Bezugsebene XY aus, ist der Schnittpunkt zwischen der Linie rf und dem Parabolreflektor A' näher an seinem Schnittpunkt zwischen der Linie η und dem Parabolreflektor A¹ näher an seinen Schnittpunkt mit der Linie c als an seinem Schnittpunkt · mit der Linie d. Der Schwingungstyp der reflektierten Welle ist dann also derart, daß der linke Bereich zusammengedrückt und der Rechte auseinandergezogen ist. Daraus folgt, daß die Feldverteilunp; des Schwingngstyps TE^₁ des grundlegenden dominanten Schwingungstyps der reflektierten Wellen so verzerrt wird, wie es durch die Pfeile auf der rechten Seite der- Gleichung nach Fig. 5(b) angegeben ist. Daher muß die Welle vom Schwingungstyp TE,., eine Feldverteilung haben, wie sie für das letzte Glied auf der linken Seite der Gleichung nach Fig. 5Cb) dargestellt ist. Die Erzeugung einer JeIdverzerrung in der Apertur ist der Tatsache äquivalent, daß elektromagnetische Wellen unerwünscht höherer Ordnungen, einschließlich der Sehwingungstypen TE₉₁, TE^₁, ...,wie für das erste und das zweite Glied auf der linken Seite der Gleichung nach Fig. 5(b) gezeigt, erzeugt und überlagert werden. Es ist also nicht wünschenswert, ohne irgendeine Veränderung,elektromagnetische Wellen mit der auf der rechten Seite der Gleichung nach Fig. 5Cb) dargestellten Feldverzerrung zu verwenden,da die Symmetrie des Haupt-Strahlendiagramms verschlechtert wird und weil durch die deshalb über dem Hauptreflektor überstrahlende Energie vom Erdboden Rauschen aufgegriffen wird, das zu einer axialen Verschiebung des Null-Nachführstrahlendiagramms führt.

Wird jedoch, wie in Fig. 4(a) gezeigt, ein weiterer versetzter Parabolreflektor A im Strahlengang der elektromagnetischen Wellen derart .vorgesehen, daß bei Reflektion der Wellen eine invertierte

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Abbildung in Bezug auf den gekrümmten Parabolreflektor A¹ erfolgt, dann kehrt die Schwingungstypenbildung der abgestrahlten Welle nach Abstrahlung vom Punkt Q' und Reflektion am Parabolreflektor A bei Fokussierung auf den Punkt Q wieder zu dem Schwingungstyp zurück, den sie bei Abstrahlung vom Punkt Q¹ hatte. Wird lediglich der dominante Schwingungstyp für das Hauptstrahlendiagramm vom Punkt Q¹ abgestrahlt, dann werden auch elektromagnetische Wellen dieses Schwingungstyps auf den Punkt Q fokussiert. Wird also ferner ein weiterer ebener Reflektor B verwendet, der dazu dient, den Subreflektor 2 der Dual-Reflektor-Antenne so anzustrahlen, aß die fokussierten Wellen durch den Punkt 0 hindurchgehen, werden lediglich die elektromagnetischen Wellen des im Wellenleiter vorhandenen dominanten Schwingungstyps von dem primären Horn 1 abgestrahlt. Daher ist die Haut>taehse des Strahlendiagramms koinzident mit seiner Mittelachse; es werden elektromagnetische Strahlenbündel mitnur sehr geringen Nebenzipfeln und einer scharfen Richtwirkung abgestrahlt.

Werden vom Punkt Q¹ elektromagnetische Wellen des Nachführ-Strahlenbündels abgestrahlt, dann wird dies ebenfalls auf den Punkt 0 fokussiert und dann von der Dual-Reflektor-Antenne abgestrahlt. Das Null-Nachführ-Strahlenbündel, dessen Null-Achse der Mittelachse der Antenne entspricht, kann ebenfalls entsprechend genau eingestellt werden. Da beim Einspeise-Strahlendiagramm keine höheren Schwingungstypen in den Wellenleitern entstehen, die zu Komponenten des Nachführ-Strahlenbündels führen können, wird das Nachführ- Strahlenbündel von dem Einspeise-Strahlungsdiagramm überhaupt nicht beeinflußt.

Auf diese Weise gewinnt man also eine Einspeisung am primären Horn mit ausgezeichneten elektrischen Obertragungseigenschaften.' Dies ist erstmalig dadurch erreicht worden, daß gekrümmte gegeneinander versetzte Parabolreflektoren A¹ und A derart vorgesehen sind, daß sie eine in Bezug aufeinander invertierte Abbildung liefern* Ferner benötigt man zu dem verwendeten ebenen Reflektor keinen ebenen und dazu konjugierten weiteren Reflektor.

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Das ist der Fall, weil im Schwingungstyp der elektromagnetischen Wellen durch die Reflexion an dem ebenen Reflektor keine Veränderung auftritt, so daß keine Umkehrung des Schwingungstyps der reflektierten Wellen nötig ist.

Im folgenden wird die Anwendung des Systems für das Nachfühfungs-Strahlendiagramm erläutert. Das Nachführungs-Strahlendiagramm wird auch durch Hochfrequenzenergie gebildet, die von dem Horn 1 abgestrahlt wird und vorher durch die Übertragungs-Einheit 5 durchläuft. Auch sie wird über die Apertur der Dual-Reflektor-Antenne entlang derselben Strahlungswege wie oben beschrieben projiziert. Um jedoch eine Selbstnachführung zu erreichen, sollte das Strahlendiagramm für die Nachführung vorzugsweise vom Schwingungstyp TM₀. und TE-, sein. Diese Schwingungstypen werden innerhalb eines kreisförmigen Wellenleiters gebildet. Die Strahlung in Richtung der Mittelachse ist Null. Die Spitzen der Abstrahlung liegen demgegenüber in etwas schräger Richtung. Da keine Strahlungskomponente in Richtung der Frontseite des Nachführ-Strahlungsdiagramms besteht, wird die in dieser Richtung verlaufende Achse als Null-Achse bezeichnet. Obwohl eine Veränderung des Schwingungstyps auch für das Nachführ-Strahlungsdiagramm zwischen den gekrümmten Oberflächen der Parareflektoren A' und A des primären Einspeiseteils II entsteht, entsteht diese Veränderung nicht bei der Fokussierung auf dem Punkt Q. Das Nachführ-Strahlungsdiagramm kann deshalb so ab- gestrahlt werden, daß die Null-Achse exakt in Frontrichtung.der Dual-Reflektor-Antenne gerichtet ist.

Für das Antennensystem gemäß der Erfindung ergeben sich damit ganz hervorragende elektrische Eigenschaften. Da ferner die Übertragungs-Einheit 5 vollständig auf festem Boden angeordnet werden kann, ist sie frei von irgendwelchen Störungen, die durch die Schwerkraft verursacht werden, für Wartung und Betrieb ist diese Anordnung außerordentlich günstig. Der große zur Verfügung stehende Raum zur Anordnung der Übertragungs-Eiriheit erleichtert die Wartung, ggf. eine Umrüstung und die Zuschaltung weiterer Einheiten.

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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6'dargestellt. Es unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 lediglich darin, daß die Reflektoren A' und A mit gekrümmten Oberflächen, die Teil des primären Einspeiseteiles II sind, durch Reflektoren mit der Form eines Rotationsellipsoids gebildet werden. Sie sind bezüglich des Punktes F rotationssymmetrisch angeordnet. Selbst wenn also elektromagnetische Wellen im Bereich zwischen den Reflektoren A¹ und A hinsichtlich ihrer Schwingungstypen Veränderungen unterliegen, werden diese Änderungen doch bei Fokussierung auf dem Punkt Q wieder ausgeglichen. Demgemäß stimmen die Achsen der Strahlenbündel und die Null-Achse im Fall dieses Ausführungsbexspiels auch wieder miteinander überein; es tritt auch wegen der reduzierten Nebenzipfel kein Rauschen auf, das durch Überstrahlung der Wellenleiter der Strahlungsbündel aufgegriffen wird. Es wird also eine Antenne zur Satellitenüberiragung geschaffen, die eine ausgezeichnete Selbst-Nachführung ermöglicht.

Im folgenden wird das Prinzip erläutert, nach dem der primäre Einspeiseteil des Antennensystems des Ausführungsbexspiels nach Fig. 6 aufgebaut ist. Wie aus Fig. 7 zu ersehen, werden die Wellen von dem einen der beiden gegeneinander versetzten ellipsoiden Reflektoren A^f reflektiert, der als Teil eines Rotationsellipsoids ausgebildet ist, welches die Brennpunkte E und F hat _s Die Wellen werden auf den Punkt F fokussiert und können sich dann so wie sie sind ausbreiten. Dann werden sie vom Reflektor A reflektiert; er ist Teil eines anderen Rotationsellipsoids, dessen Brennpunkte die Punkte F und G sind. Dann werden die reflektierten elektromagnetischen Wellen auf den Punkt G fokussiert. Der Schwingungstyp der elektromagnetischen Wellen, die vom Punkt E abgestrahlt werden, wird nach Reflexion am Reflektor A' so verändert, wie das unter Bezugnahme auf Fig. 5(b) oben beschrieben worden ist. Nachdem die elektromagnetischen Wellen den Punkt F passiert haben, dreht sich die Richtung der Änderung des Schwingungstyps um. Sind die elektromagnetischen Wellen auf den Punkt G fokussiert, nachdem sie von dem Reflektor A reflektiert wurden, dann ist der ursprüngliche

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Schwingungstyp wieder hergestellt. In diesem Fall ist die Symmetrxebezxehung einer Abbildungs-Inversion zwischen den beiden gekrümmten Reflektoren A' und A nicht gegeben. Beide sind zueinander vielmehr punktsymmetrisch, und zwar hinsichtlich des Punktes F " angeordnet. Bei gegeneinander versetzten ellipsoidförmxgen Reflektoren A' und A wie sie in dieser Anordnung vorgesehen sind, ist es also ebenfalls möglich, die Schwingungstypen-Veränderung, die durch Reflexion der elektromagnetischen Wellen hervorgerufen wird, auszugleichen und die ursprünglichen Schwingungstypen wieder herzustellen.

Patentanspruch

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Claims

' Patentanspruch

Antennen-Anordnung zur Abstrahlung von von einer Quelle abgegebenen elektromagnetischen Wellen in einer bestimmten Richtung mit einem bestimmten Abstrahlungswinkel, die nach Art einer durch Hauptreflektor und Subreflektor gebildeten Dual-Reflektor-Antenne aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster ebener Reflektor (B') die Wellen um 90° umlenkt, danach ein erster gekrümmter Reflektor (A') die Wellen um einen bestimmten Winkel umlenkt und ein zweiter gekrümmter Reflektor (A) die Wellen wiederum umlenkt und danach ein zweiter ebener Reflektor (B) die Wellen an den Subreflektor (2) der Dual-Reflektor-Antenne (2,3) abstrahlt und ferner der erste ebene Reflektor (B^f) und die beiden gekrümmten Reflektoren (A, A¹) um eine Achse (Az) drehbar sind, die mit der Achse des von der Quelle abgestrahlten Strahlungsdiagramms koinzident ist und daß die Dual-Reflejctor-Antenne (2,3) und der zweite ebene Reflektor (B) um eine weitere Achse (El) drehbar sind, die zur ersten Achse (Az) rechtwinklig verläuft, so daß durch Drehung um die erstgenannte Achse (Az) und die zweitgenanfiti^e(El) die Veränderung des Azimut- und des Elevations-Winkels der Dual-Reflektor- Antenne (2,3) erfolgt.

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