DE2345222C3 - Reflektorantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne für Radarsende- und empfangsbetrieb mit einem in einer vertikalen Rotationsachse über einem feststehenden Primärstrahler angeordneten, um die Rotationsachse drehbaren Reflektor mit unterschiedlichen Querabmessungen.

Die Speisung des Reflektors einer solchen Antenne durch einen feststehenden Primärstrahler hat gegenüber einer Anordnung mit einem mitrotierenden Primärstrahler den Vorteil, daß ein Drehkoppler zwischen Sende-Empfangsteil und Primärstrahler entfällt. Ein solcher Drehkoppler ist zum einen mechanisch aufwendig und zum anderen im allgemeinen nur für ein schmales Frequenzband und nur für diskrete Frequenzen ausgelegt.

Eine Reflektorantenne zur Abstrahlung eines rotierenden Diagramms mit einem feststehenden Primärstrahler ist beispielsweise bekannt aus der GB-PS 12 62 481, wo ein feststehender rotationssymmetrischer Parabolreflektor durch einen ebenfalls feststehenden Primärstrahler mit einem rotationssymmetrischen Diagramm ausgeleuchtet wird. Das von dem feststehenden Parabolspiegel geformte rotationssymmetrische Richtdiagramm wird über einen rotierenden Reflektor mit ebener Reflektorfläche quer zu der vertikalen Rotationsachse umgelenkt und im Azimut geschwenkt. Diese Anordnung hat zum einen den Nachteil, daß durch den speisenden Primärstrahler die Apertur des Parabolspiegels teilweise abgeschattet ist. Zum anderen erfolgt die Diagrammforderung durch den rotationssymmetrischen Parabolspiegel, so daß ein Richtdiagramm mit in Azimut und Elevation unterschiedlicher Bündelung mit dieser Anordnung nicht erzeugt werden kann. Ein anderes Antennensystem mit einem feststehenden Primärstrahler und einem rotierenden Reflektor ist in der DE-OS 19 08 793 zur Abstrahlung eines Diagramms in Richtung der Rotationsachse beschrieben. Der feststehende Primärstrahler, der auf der Rotationsachse angeordnet ist, leuchtet einen ebenfalls auf der Rotationsachse angeordneten Vorreflektor aus, der seinerseits einen außerhalb der Achse montierten Hauptreflektor zur Erzeugung des gewünschten Richtdiagramms anstrahlt.

Die Erzeugung eines in Elevation und Azimut unterschiedlich breiten Richtdiagramms ist bei dieser Anordnung nicht vorgesehen und auch nicht durchführbar, da die gegenseitige Anordnung der Reflektoren im s wesentlichen nur eine Abstrahlung in Achsenrichtung bewirkt.

Die Erzeugung eines in Elevation und Azimut

unterschiedlich breiten Richtdiagramms erfordert eine unterschiedliche Dimensionierung des das Diagramm

κι erzeugenden Reflektors in Höhe und Breite. Die Verwendung eines solchen rotierenden Reflektors mit unterschiedlichen Querabmessungen bei einer der genannten Antennenanordnungen würde zu einer unvollständigen Ausleuchtung oder einer Überstrahlung

des Reflektors führen, da das Diagramm des speisenden

Primärstrahlers rotationssymmetrisch ist

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit einem solchen Reflektor und einem feststehenden Primärstrahler anzugeben, bei welcher der Reflektor zur Erzeugung des gewünschten Diagramms optimal ausgeleuchtet wird. Das Richtdiagramm soll sich dabei bei der Rotation des Reflektors nicht verändern.

Die Aufgabe wird bei einer Reflektorantenne der 2^r> eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmalen.

Dielektrische Linsen in Verbindung mit Radar-Reflekiorantennen sind insbesondere in Form von iü Luneberg-Linsen bereits bekannt. Gegenüber dem erwähnten Drehkoppler weisen solche Linsen durch ihren Aufbau aus dielektrischem Material eine erheblich größere Frequenzbandbreite auf.

So ist beispielsweise in »IEEE Transactions on i^r> antennas and progagation«, März 1972, Seiten 206 bis 208 eine durch einen Hohlleiter gespeiste dielektrische Kugellinse zur Ausleuchtung eines Reflektors bekannt. Eine ähnliche Anordnung, bei der eine Kugellinse in Verbindung mit einem speisenden Hohlleiter den ■to Vorreflektor einer Cassegrain-Antenne ausleuchtet, ist in der US-PS 35 18 686 beschrieben. Des weiteren ist aus der US-PS 29 73 516 die Verwendung einer Luneberg-Linse zur Fokussierung einfallender Strahlung bekannt.

« Diese Kugellinsen bei den bekannten Anordnungen sind entweder dielektrisch homogen oder weisen, wie z. B. die Luneberg-Linse, einen kugelsymmetrischen Aufbau ihrer dielektrischen Schichtung auf. Sie verändern also die Symmetrie des Diagramms der speisenden ■>(> Strahlung nicht

Demgegenüber ist als wesentlich bei der vorliegenden Erfindung anzusehen, daß durch die erfindungsgemäß aufgebaute und angeordnete dielektrische Linse die Rotationssymmetrie des Diagramms des speisenden « Primärstrahlers abgeändert wird in ein der Form des Reflektors angepaßtes und auf die erwünschte Belegung des Reflektors abgestimmtes Diagramm. Die Kugellinse wirkt in diesem Fall ganz analog einem aus der Optik zur optimalen Ausleuchtung eines Objekts bekannten 6" Kondensor. Als Vorteil bei der Anordnung der erfindungsgemäßen Reflektorantenne ist auch zu sehen, daß die Einspeisung der Strahlung durch den Primärstrahler auf den Reflektor außerhalb des durch den Reflektor erzeugten Richtdiagramms liegt, so daß eine *>"> Aperturabschattung durch das Speisesystem vermieden und die Rückwirkung des Reflektors auf das Speisesystem eliminiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines

Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Abbildungen noch näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Zeichnung einer räumlichen Anordnung des Erfindungsgegenstandes,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Antennenanordnung in einer vertikalen Ebene durch die Drehachse in Hauptstrahlrichtung des Reflektors,

F i g. 3 einen Schnitt durch die Antennenanordnung in einer vertikalen Ebene durch die Rotationsachse senkrecht zur Hauptstrahlrichtung.

Der punktförmige feststehende Primärstrahler 1 (F i g. 1) ist auf der strichpunktiert angedeuteten Rotationsachse 2 der Antenne angeordnet Die vom Primärstrahler 1 ausgesandte rotationssymrnetrische Strahlung durchdringt die zusammen mit dem Reflektor 4 rotierende Kugellinse 3 und wird am Reflektor gespiegelt Da die mitrotierende Kugellinse 3 hierbei dem feststehenden Primärstrahler stets die gleiche sphärisch gekrümmte Oberfläche zuwendet, bleibt die Strahlungsgeometrie des Strahlungsbündels zwischen Kugellinse und Reflektor und damit auch die Form des Richtdiagramms während der Antennenumdrehung erhalten und die Betriebseigenschaften der Antenne sind unabhängig von der Antennenrotation.

Der F i g. 1 sind schraffiert zwei Querschnittsebenen 5, 6 durch die erfindungsgemäße Kugellinse entsprechend der Breite und Höhe des Reflektors eingezeichnet Die dielektrische Schichtung der inhomogenen Kugellinsen ist in diesen beiden Ebenen derart unterschiedlich, daß die in diesen Schnittebenen verlaufende Strahlung derart unterschiedlich gebi-ndelt wird, daß die öffnungswinkel «i und «2 des im Sendefall die Kugellinse verlassenden Strahlenbündels in diesen unterschiedlichen Schnittebenen einen solchen Wert haben, daß die erwünschte Belegung des Reflektors in diesen unterschiedlichen Querschnittsebenen erzielt wird (Fig. 2 und Fig. 3). Die Verlängerung der bündelbegrenzenden Strahlung über die Kugellinse hieraus ergibt als Schnittpunkt die virtuellen Brennpunkte Fi und F₂ auf der Rotationsachse. Für alle anderen die Rotationsachse enthaltenden Schnittebe-ο nen gilt das vorstehend Gesagte entsprechend.

F i g. 2 zeigt den Hauptöffnungswinkel Ot₁, welcher der Ausleuchtung des Reflektors in der Reflektorhöhe entspricht
F i g. 3 zeigt den Hauptöffnungswinkel Oi₂, welcher der Ausleuchtung des Reflektors in der Reflektorbreite entspricht Die Größe der Winkel λι und <x₂ richtet sich nach Maßgabe optimaler Belegung für die Kugellinse und den Reflektor. Für die Belegung des großen Reflektordurchmessers mit entsprechend großer Bündelung erweist sich beispielsweise aus der Theorie der Reflektorparabole ein öffnungswinkel λ, = 45° als günstig, wenn der Randabfall der Belegung etwa 10 dB beträgt. Ferner wird zur Erzielung optimaler Reflektorbelegungen die Belegung der als Kondensor wirkende Kugellinse auf die Reflektorbelegung abgestimmt

Vorteilhaft ist die Ausbildung des Reflektors mit einer mehrfach gekrümmten und elliptisch berandeten Reflektorfläche, beispielsweise als Ausschnitt aus einer Paraboloidfläche. Die virtuellen Brennpunkte F, und F₂ sind dann die Brennpunkte der beim Schnitt des Reflektors in den entsprechenden Schnittebenen 5,6 als Schnittlinien entstehenden Parabeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Reflektorantenne für Radarsende- und empfangsbetrieb mit einem in einer vertikalen Rotationsachse über einem feststehenden Primärstrahler angeordneten, um die Rotationsachse drehbaren Reflektor mit unterschiedlichen Querabmessungen, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Primärstrahler (1) und dem Reflektor (4) in der Nähe des Primärstrahlers angeordnete, mit dem Reflektor rotierende dielektrisch inhomogene Kugellinse (3), deren dielektrische Schichtung in die Rotationsachse (2) enthaltenden Schnittebenen (5, 6) derart unterschiedlich ist, daß die öffnungswinkel (αϊ, m) des im Sendefall die Kugellinse verlassenden Strahlenbündels in den unterschiedlichen Schnittebenen einen solchen Wert haben, daß die erwünschte Belegung des Reflektors in dessen unterschiedlichen Querschnittsebenen erzielt wird.

2. Reflektorantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfläche mehrfach gekrümmt und elliptisch berandet ist