DE2416541C3 - Cassegrain-Antenne - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Cassegrain-Antenne gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Aus »Nachrichtentechnische Fachberichte«, Band 43, 1972, Seiten 119 und 120 ist es bekannt, den Reflektor einer einfachen Reflektorantenne in stufenartig gegeneinander abgesetzte Bereiche zu unterteilen, wobei die Stufen ein Viertel der Wellenlänge des Erregerfeldes betragen. Werden statt zwei drei und mehr solche stufenartig gegeneinander abgesetzte Bereiche des Reflektors vorgesehen, dann läßt sich auf diese Weise die Charakteristik der Antenne an eine Sektorcharakteristik zunehmend besser annähern. Wie die Praxis jedoch zeigt, führt die bei diesem Prinzip nicht beeinflußbare Amplitudenverteilung in der Apertur zu hohen, den Antennengewinn mindernden Nebenzipfeln und einer zu starken zentralen Einsenkung im Strahlungsdiagramm.

Aus »Frequenz-Sonderausgabe«, 1963, S. 494 ist eine Mehrreflektorantenne bekannt, deren Primärspeisesystern ein sektorförmiges Strahlungsdiagramm abgibt und deren Fangreflektor und Hauptreflektor dadurch mit möglichst gleichmäßiger Belegung über ihre Apertur beaufschlagt werden. Zur Erzeugung dieser Sektorstrahlungscharakteristik sind Stufungen bei einem Reflektor im Primärstrahlersystem vorzusehen und darüber hinaus noch Maßnahmen zur Amplitudenkorrektur in Gestalt von verformten Zonenrändern durchgeführt. Allerdings führen diese Maßnahmen insgesamt nicht zu einer in der Antennenapertur stark variierenden Belegung und infolgedessen zu einem sektorähnlich geformten Diagramm der Gesamtantenne.

Aus »AGARD Conference Proceedings Nr. 139 on Antennas for Avionics«, Seite 43-1 bis 43-15 ist es bekannt, den Hauptreflektor einer Cassegrain-Antenne mit gegeneinander abgestuften Bereichen auszuführen und durch die besondere Reflektorformung die Amplitudenverteilung in der Apertur des Hauptreflektcrs zu verformen. In dieser Literaturstelle ist auch auf »IEEE-Transactions on Antennas and Propagation«, Juli 1964, Seiten 403 bis 408 hingewiesen, die eine synthetische Methode zum Entwerfen einer Zweireflektor-Antenne mit einer willkürlichen Phasen- und Amplitudenverteilung in der Apertur des zweiten Reflektors angibt Diese bekannte Methode nach Galindo arbeitet ausschließlich nach den Gesetzen der geometrischen Optik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Cassegrainantenne der einleitend beschriebenen Art eine konkrete Lösung anzugeben, die bei relativ geringem technischen Aufwand eine gute Approximation an eine gewünschte Sektorcharakteristik ermöglicht

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 gelöst

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Prinzip der Erzeugung einer sektorgeformten Charakteristik mit Hilfe von gegeneinander abgestuften Bereichen eines Reflektors bei einer Cassegrain-Antenne in eaißerordentlich vorteilhafter Weise zusätzlich eine Beeinflussung der Amplitudenverteilung in der Apertur durch geeignete Formgebung des Subreflektors ermöglicht, wobei die Gesetze der geometrischen Optik nicht angewendet werden müssen. Dadurch werden genauso wie bei der komplizierten Galindo-Methode stetige Nulldurchgänge des Amplitudenverlaufs im Bereich eines 180°-Phasensprungs im Sinne geringer Nebenzipfelamplituden bei geringer zentraler Einsenkung herbeigeführt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in schematischer Darstellung.

Die in den F i g. 1 und 2 angegebenen möglichen Grundkonfigurationen für drehsymmetrische Cassegrainantennen sind zur Erzeugung von Sektordiagrammen, wie sie beispielsweise durch Belegungen der Form

A_x(C-X) oder KvJo(uyx) ν = 0, 1, 2 ...

entstehen, geeignet. In den Gleichungen bedeuten

c, Κγ, υγ Konstanten,

x der auf den Aperturradius normierte laufende

Radius,
/o die Besselfunktion nullter Ordnung.

Beispielsweise ist für die Bordantenne eines geostationären Satelliten bei kreisförmigen, zentral unter dem Satelliten gelegenen Ausleuchtgebiet, vorzugsweise eine Belegung der Form

Jo

(0,473 ·-£·

K₁ (£

erwünscht. Diese Belegung B ist in F i g. 1 auf der

rechten Seite angegeben. Sie hat, ausgehend von der Aperturmitte (x = 0) bis zum Aperturrand (x = ±1), jeweils einen Phasensprung, der durch den angegebenen Vorzeichenwechsel von Plus nach Minus angedeutet ist

Wie F i g. 1 erkennen läßt, weist bei der angegebenen Belegung B der Hauptreflektor 1 einen zentralen kreisförmigen Bereich 2 und einen ringförmigen Bereich auf, die gegeneinander eine Abstufung aufweisen, die etwa eine viertel Wellenlänge hoch ist Der Subreflektor ist mit 5 bezeichnet und wird von einem im Bereich des Scheitels des Hauptreflektors 1 angeordneten, annähernd punktförmig strahlenden Erreger 4 angeleuchtet (Fernfeld-Cassegrainantenne). Wie F i g. 1 ferner in Verbindung mit der Belegung B deutlich macht, wird der 180°-Phasensprung, der durch den Vorzeichenwechsel der Amplitude der Belegung angedeutet ist, durch die Stufung des Hauptreflektors I erreicht Darüber hinaus weist die Querschnittskontur des Subreflektors 5 Punkte 6 auf, die die erwünschten Nullstellen der Aperturbelegung markieren und in denen der Krümmungsradius gegen den Wert Null geht. Werden die Querschnittskonturabschnitte des Subreflektors 5 geradlinig gewählt, dann wird bei geometrischer Strahlausbreitung die Energie in Richtung der erwünschten Belegungsextrema transportiert Tatsächlich verteilt sich jedoch durch Beugung die Energie dann qualitativ etwa in der durch die Belegung B angegebenen erwünschten Weise, so da daß durch genaue Formung der Reflektoren 1 und 5 nur noch gewisse Korrekturen nötig sind. Die Form des Hauptreflektors 1 wird aus genauen Beugungsrechnungen oder aus Messungen des Subreflektorstr^ufeldes so ermittelt, daß in der Apertur der Antenne eine annähernd ebene Welle entsteht. An den Erreger 4 brauchen keine besonderen Forderungen gestellt werden. Jedoch soll, wie bei Cassegrainantennen j-> üblicherweise gefordert, die Oberstrahlung am Subreflektor 5 möglichst gering bleiben und das Feld annähernd drehsymmetrisch zur Rotationsachse der Antenne verteilt sein.

Entgegen der Fernfeld-Cassegrainantenne nach F i g. 1 ist in F i g. 2 eine Nahfeld-Cassegrainantenne (Subreflektor im Nahfeld des Erregers) im Schema dargestellt, bei der der Erreger beispielsweise ein Hornparabol 7 ist Der Hauptreflektor 8 weist keine gestuften Bereiche auf. Die Stufung ist hier beim Subreflektor 9 vorgenommen, der seinerseits einen zentralen Bereich 10 und einen dagegen abgestuften ringförmigen Bereich 11 aufweist Die Stufenhöhe beträgt wiederum etwa ein Viertel der Wellenlänge des Strahlungsfeldes. Die die erwünschten Nullstellen der Aperturbelegung markierenden Punkte 6', deren Krümmungsradius gegen Null geht fallen hier mit den durch die Abstufungen gegebenen Knickstellen zusammen.

Soll die Charakteristik besser an die ideale Sektorcharakteristik angenähert werden, dann muß dafür gesorgt werden, daß die Belegung über der Apertur eine größere Anzahl von Vorzeichenwechsel aufweist. Je mehr Vorzeichenwechsel die Belegung hat, um so genauer läßt sich im Prinzip die gewünschte sektorähniiche Charakteristik der Antenne in einem ihrer Diagrammschnitte erzielen.

Die Erfindung ist nicht auf eine rotationssymmetrische Cassegrainantenne der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Art beschränkt. Sie läßt sich in gleicher Weise bei Cassegrainantennen mit nicht kreisförmiger Apertur, vorzugsweise mit elliptischer Apertur anwenden. Entsprechendes gilt für Ausführungsformen von Cassegrainantennen mit Zylinderparabolreflektor und torusförmige Anordnungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Cassegrain-Antenne mit einem Primärstrahler, einem Subreflektor und einem Hauptreflektor, der zur Erzeugung einer sektorähnlich geformten Strahlungscharakteristik mit gegeneinander abgestuften Bereichen versehen ist, und mit einer Reflektorformung zur Beeinflussung der Amplitudenverteilung in der Apertur, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Subreflektor (5) so geformt ist, daß in denjenigen Punkten (6) seiner Querschnittskontur, die zu Nullstellen in der Aperturbelegung der Antenne führen, der Krümmungsradius dieser Kontur gegen den Wert Null geht

2. Cassegrain-Antenne mit einem Primärstrahler, einem Subreflektor und einem Hauptreflektor, wobei ein Reflektor zur Erzeugung einer sektorähnlich geformten Strahlungscharakteristik mit gegeneinander abgestuften Bereichen versehen ist, und mit einer Reflektorformung zur Beeinflussung der Amplitudenverteilung in der Apertur, dadurch gekennzeichnet, daß der Subreflektor (9) als abgestufter Reflektor vorgesehen ist und daß der Subreflektor (9) so geformt ist, daß seine gedachte, nämlich die Abstufung noch nicht aufweisende Form so verläuft, daß in denjenigen Punkten (6') seiner Querschnittskontur, die zu Nullstellen in der Aperturbelegung der Antenne führen, der Kriimmungsradius dieser Kontur gegen den Wert Null geht.