DE2510574A1

DE2510574A1 - Millimeterwellenantenne

Info

Publication number: DE2510574A1
Application number: DE19752510574
Authority: DE
Inventors: Lucien Babany
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1975-09-18
Also published as: ZA751520B; NL7502818A; IT1032256B; AU7885275A; BE826544A; GB1488590A; FR2264407A1; FR2264407B1

Description

75008 PARIS /Prankreich

Unser Zeichen: T 1747

Millimeterwellenantenne

Die Erfindung betrifft eine Antenne für Millimeterwellen, mit einer Strahlungsquelle, einer Ausleuchteinrichtung und einem Ablenkelement mit reellem Brennpunkt, wobei die Ausleuchteinrichtung die Ausleuchtung des Ablenkelements durch die Strahlungsquelle ermöglicht, indem sie ein Bild der Strahlungsquelle erzeugt.

Diese Antennenart hat notwendigerweise einen hohen Gewinn und weist somit ein Bündel mit kleinem Öffnungswinkel auf.

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um die Energieverluste zu kompensieren, die vom dem durch die ausgesandte oder empfangene Welle zurückzulegenden Weg herrühren, da dieser Weg gegenüber der Betriebswellenlänge sehr gross ist. Infolgedessen ist zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei solchen Antennen ein schwieriger und langwieriger Richtvorgang erforderlich, wenn das Richten nicht auf Sicht ausgeführt werden kann, sondern durch eine doppelte Antennenablenkung ausgeführt werden muss. Es zeigt sich, dass die Dauer eines automatischen Richtvorgangs umgekehrt proportional zu der vierten Potenz der Breite des Bündels an den beiden Enden der Richtfunkverbindung ist. Es ist somit, vorteilhaft, wenn man über eine Antenne verfügt, die ein Bündel hat, welches während der Richtperiode breiter ist als wenn die Verbindung hergestellt ist. Es gibt solche Antennen, bei welchen die Verbreiterung des Bündels durch Verschieben der Position der Ausleuchteinrichtung erzielt wird, die im allgemeinen aus einem Reflektor besteht.

Bei den bekannten Antennen dieser Art nehmen die Störzipfel in Verbindung mit der Verbreiterung des Bündels sehr stark zu.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen.

Dieses Resultat wird durch gemeinsame Veränderung der Charakteristika der aus der Strahlungsquelle und der Ausleuchteinrichtung bestehenden Anordnung erzielt.

Die Antenne nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der abgestrahlten Energie auf dem Ablenkelement und somit der Öffnungswinkel des Bündels desselben durch den gemeinsamen Einsatz einer Vorrichtung zur Verschiebung der Quelle und einer Vorrichtung zur Veränderung oder Verschiebung der Ausleuchteinrichtung

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veränderbar gemacht werden, und dass der gemeinsame Einsatz derart geregelt wird, dass sich das Bild immer in dem reellen Brennpunkt befindet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Die Fig. 1 und 4 schematische Schnittansichten von

Antennen nach der Erfindung, bei welchen das Ablenkelement und die Ausleuchteinrichtung Reflektoren sind,

die Fig. 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines Bestandteils von Fig. 1, und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer

Antenne^ bei welcher das Ablenkelement ein Reflektor und die Ausleuchteinrichtung eine Linse ist.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine Antenne mit einem Hauptreflektor 1 (Ablenkelement), einem Sekundärreflektor 2 (Ausleuchteinrichtung) und einer Strahlungsquelle 3.

Das Ablenkelement,welches den Hauptreflektor 1 bildet, ist ein Paraboloid mit einer Achse XX und einem Brennpunkt F.

Der Sekundärreflektor 2 ist so aufgebaut, .dass er zumindest die eine oder die andere von zwei Flächen 21 und 22 von Hyperboloiden mit einem Scheitel S und der Achse XX aufweisen

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kann. Ausführungsbeispiele einer solchen Ausleuchteinrichtung werden anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Die Strahlungsquelle 3 ist am Ende einer starren Speiseleitung angebracht, welche , mechanisch betrachtet, eine Stange 30 bildet. Durch Translation längs der Achse XX ermöglicht diese Stange, die Strahlungsquelle von dem Scheitel A des Paraboloids bis zu einer Position B in der Nähe des Scheitels S des Hyperboloids zu verschieben. Für diese Position B ist die Stange 30 mit gestrichelten Linien dargestellt.

Im normalen Betrieb, d.h. nachdem der Richtvorgang ausgeführt worden ist, befindet sich die Quelle in dem Scheitel A, ihr durch den Sekundärreflektor erzeugtes Bild befindet sich in dem Brennpunkt F und der Sekundärreflektar weist die Fläche 21 auf. Für den Hauptreflektor geht alles so vorsieh, wie wenn er durch eine Primärquelle ausgeleuchtet würde, die sich in dem Brennpunkt F befindet und ein Diagramm D, aufweist, dessen Apertur, die in bezug auf das nicht dargestellte Diagramm der Quelle 3 beträchtlich vergrössert ist, ermöglicht, die Ränder des Hauptreflektors mit einer starken Relativamplitude auszuleuchten. Der Ausleuchtungsfaktor des Hauptreflektors 1 ist somit gross und dasselbe gilt für seinen Gewinn, da der Gewinn das Produkt aus dem Ausleuchtungsfaktor und der ausgeleuchteten Fläche ist. Infolgedessen ist der Öffnungswinkel des Bündels des Hauptreflektors 1, der umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel dös Gewinns ist, klein.

Stellt man diese Überlegung in umgekehrtem Sinn an, mit einem grossen Öffnungswinkel des Antennenbündels als Ausgangshypothese, so folgert man daraus, dass es erforderlich ist:

- dass der Gewinn des Hauptreflektors klein ist,

- dass somit der Ausleuchtungsfaktor des Hauptreflektors klein ist,

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- dass· somit alles für den Hauptreflektor so vor sich gehen muss, wie wenn er von dem Punkt F aus durch eine Primärquelle beleuchtet würde, die ein Diagramm mit kleiner Apertur hat. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass der Ausleuchtungsfaktor des Sekundärreflektors 2 gross ist.

Dieses Ergebnis kann erzielt werden, indem die Quelle 3 dem Sekundärreflektor 2 derart genähert wird, dass ein Strahl, der von dem Punkt F herzukommen scheint und den Hauptreflektor 1 in einem beliebigen Punkt K berührt, aus einem auf dem Sekundärreflektor 2 ankommenden Strahl erzielt wird, der mit der Achse XX einen Winkel b bildet, welcher grosser ist als der entsprechende Winkel a in dem Fall eines Antennenbündels mit kleinem Öffnungswinkel. Es ist zu diesem Zweck erforderlich, dass, ohne die Position der Achse und des Scheitels des Sekundärreflektors zu verändern, die Fläche des letzteren modifiziert wird, damit das Bild, das er von der Quelle 3 gibt, weiterhin in dem Punkt F gebildet wird. Eine solche Modifizierung der Antenne ist in Fig. 1 mit der Quelle 3 in der Position B und dem durch die Fläche 22 gebildeten Sekundärreflektor 2 dargestellt. Das Diagramm D , das unter diesen Bedingungen erzielt wird und das gedrängter ist als das Diagramm D , entspricht genau dem Diagramm, das zum Erzielen eines Antennenbündels mit grossem Öffnungswinkel gewünscht wird, welches für ein schnelles Richten der Antenne erforderlich ist.

Fig. 1 zeigt nur eine einzige Anordnung B, 22 für die Quelle 3 und den Sekundärreflektor 2 während der Richtperiode. Man möchte selbstverständlich mehrere Anordnungen haben, die mehreren Öffnungswinkeln dos Bündels der Antenne entsprechen, indem mit einem grossen Öffnungswinkel begonnen und dann dieser Winkel verringert wird,ist es möglich, eine Aufeinanderfolge von schnellen Richtvorgängen

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auszuführen, deren Genauigkeit in dem Masse zunimmt, in welchem der Winkel des Bündels abnimmt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen des Sekundärreflektors 2 von Fig. 1, von denen die erste durch diskontinuierliche Veränderung und die zweite durch kontinuierliche Veränderung die Fläche zu ändern gestattet, die der Sekundärreflektor der Quelle 3 darbietet.

In dem Fall von Fig. 2, die eine Schnittansicht zeigt, wird die Veränderung der Fläche dadurch erreicht, dass ein tonnenförmiger Körper, der nacheinander vier unterschiedliche Flächen 21, 22, 24, 23 in einer gegebenen Richtung darbieten kann, um eine horizontale Achse O gedreht wird, die zu der Achse XX senkrecht ist. Die Flächen 24 und 23 sind Zwischenflächen, die in Fig. 1 zwischen den Punkten A und B liegenden Positionen der Quelle 3 entsprechen.

In dem Fall von Fig. 3, die den Sekundärreflektor 2 von der Quelle 3 her gesehen zeigt, wird die Flächenänderung durch eine reflektierende Membran mit spiralförmigem Körper erzielt, die unter der Einwirkung einer Kompressions/Depressionseinrichtung verformbar ist, welche sich hinter dieser Membran befindet und von der allein das Luftzuführungsrohr 26 sichtbar ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform zum Erzielen eines grossen Öffnungswinkels des Bündels einer Antenne bei normalem Betrieb, die gleich der Antenne von Fig. 1 ist. Die Bestandteile von Fig. 4 tragen, wenn sie mit den Bestandteilen von Fig. 1 gleich sind, dieselben Bezugszahlen wie die letzteren. Bei dieser Ausführungsform wird zum Richten die Quelle 3 immer in die Nähe des Sekundärreflektors 2 gebracht, damit sie beispielsweise in eine Position C

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kommt, die Fläche des Sekundärreflektors wird jedoch nicht verändert. Durch eine Translation auf der Achse XX, durch die der Sekundärreflektor 2 in die Position 25 gebracht wird, wird das Bild der Quelle 3, welches von dem Sekundärreflektor erzeugt wird, in den Brennpunkt F des Paraboloids gebracht, wodurch sich ein Strahlungsdiagramm D_ ergibt, welches gedrängte: ist als das Diagramm D-, . Damit der Sekundärreflektor 2 verschoben werden kann, ist er mit einer Stange 20 fest verbunden, deren Position längs der Achse XX verstellbar ist.

Fig. 5 zeigt eine Antenne mit einem Hauptreflektor 1, einer Sammellinse 4 und einer Strahlungsquelle 3.

Der Hauptreflektor 1, der das Ablenkelement bildet, ist ein Paraboloid mit der Achse XX und dem Brennpunkt F_#

Die Achse der Linse 4, die die Ausleuchteinrichtung bildet, fällt mit der Achse XX zusammen. Diese Linse ist mit einer Stange 40 verbunden, damit sie auf der Achse XX verschoben werden kann.

Im normalen Betrieb, d.h. nachdem die Antenne gerichtet worden ist, befindet sich die Quelle 3 in der Position P und die Linse 4 in der Position L. Das durch die Linse 4 erzeugte Bild der Quelle 3 in dem Punkt F stellt ein Strahlungsdiagramm D_T mit grossem Öffnungswinkel dar.

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In der Richtperiode muss zum Verkleinern des Öffnungswinkels dieses Strahlungsdiagramms und somit zum Erzielen eines grösseren Ausleuchtungsfaktors der Linse 4 die Quelle 3 der Linse 4 genähert und infolgedessen die Anordnung aus Linse und Quelle verschoben werden, damit das durch die Linse erzeugte Bild der Strahlungsquelle weiterhin in dem Punkt F gebildet wird, jedoch mit einem schmaleren Strahlungsdiagramm D

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Eine solche Verschiebung der Linse und der Strahlungsquelle ist in Fig. 5 durch die Linse in der Position M und die Strahlungsquelle in der Position Q dargestellt.

Weitere Abwandlungen sind möglich. So kann das Ablenkelement, welches aus dem Paraboloid besteht, durch eine Sammellinse ersetzt werden. Die Hauptsache ist, dass dieses Ablenkelement einen reellen Brennpunkt besitzt, dass sie von diesem reellen Brennpunkt aus mit einem Bild einer Strahlungsquelle beleuchtet wird und dass das Strahlungsdiagramm dieses Bildes der Strahlungsquelle in der Richtperiode entweder schmaler als in der normalen Betriebsperiode (das ist der Fall der beschriebenen Beispiele), oder viel breiter als im normalen Betrieb gemacht werden kann. In diesem zweiten Fall wird nämlich ein geringer Teil der von der Ausleuchteinrichtung kommenden Energie durch das Ablenkelement empfangen und der Antennengewinn ist somit kleiner und deshalb ist das Bündel der Antenne breiter. Dieses Ergebnis kann in derselben Weise wie in dem ersten Fall durch Verschiebung der Strahlungsquelle und durch Verschiebung der Ausleuchteinrichtung oder durch Modifzierung ihrer Oberfläche erzielt werden.

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Claims

Patentansprüche :

1./Antenne für Millimeterwellen, mit einer Strahlungsquelle, mit einer Ausleuchteinrichtung und mit einem Ablenkelement mit reellem Brennpunkt, wobei die Ausleuchteinrichtung das Ausleuchten des Ablenkelements durch die Strahlungsquelle ermöglicht, indem ein Bild derselben in dem reellen Brennpunkt erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der abgestrahlten Energie auf dem Ablenkelement und somit der Öffnungswinkel des Bündels des Ablenkelements durch den gemeinsamen Einsatz einer Vorrichtung zur Verschiebung der Strahlungsquelle und einer Vorrichtung zur Veränderung oder zur Verschiebung der Ausleuchteinrichtung veränderbar ist und dass der gemeinsame Einsatz derart reguliert wird, dass sich das Bild immer in dem reellen Brennpunkt befindet.

2. Antenne nach Anspruch 1, bei welcher sich das Ablenkelement und die Strahlungsquelle auf derselben Seite der Ausleuchteinrichtung befinden und bei welcher die Ausleuchte inr ich tung in einer im wesentlichen konstanten Entfernung von dem Ablenkelement bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Ausleuchteinrichtung, die ein Bild der Strahlungsquelle in dem reellen Brennpunkt erzeugt, eine veränderliche Krümmung hat.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuchteinrichtung mehrere Flächen mit unterschiedlichen Krümmungen aufweist, die um eine Achse herum angeordnet sind, und dass die Ausleuchteinrichtung diese Flächen durch Drehung um die Achse nacheinander zu der Strahlungsquelle drehen kann.

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4. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuchteinrichtung eine reflektierende Membran mit verformbarem spiralförmigem Körper und eine Kompressions-/ Depressions-Vorrichtung aufweist, mit der die Membran verformt werden kann, um ihre Krümmung zu verändern.

5. Antenne nach Anspruch 1, bei welcher das Ablenkelement und die Strahlungsquelle auf derselben Seite der Ausleuchteinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle und die Ausleuchteinrichtung jeweils fest mit mechanischen Einrichtungen verbunden sind, mittels welchen sie durch Translation auf einer durch den reellen Brennpunkt hindurchgehenden gemeinsamen Achse verschoben werden können.

6. Antenne nach Anspruch 1, bei welcher das Ablenkelement und die Strahlungsquelle beiderseits der Ausleuchteinrichtung angeordnet¹ sind und bei welcher die Ausleuchteinrichtung eine Sammellinse ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle und die Ausleuchteinrichtung jeweils fest mit mechanischen Einrichtungen verbunden sind, mittels welchen sie durch Translation auf einer durch den reellen Brennpunkt hindurchgehenden gemeinsamen Achse verschoben werden können.

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