DE2608191C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren eines Polarisationsgitters auf einer Antennenreflektorschale mit parabolischer Oberfläche und eine Antennenreflektorschale mit einem derartigen Polarisationsgitter.

Aus der US-PS 36 18 112 ist ein Random als Schutzhaube für stationäre oder mobile Sendeanlagen bekannt. Dieses Random besteht in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel im Falle einer Schutzhaube für an einem Flugzeugbug angeordnete Sendeanlagen aus einer der Flugzeugbugspitze entsprechend geformten Haube, die innen durch Verstärkungen versteift ist. Diese Verstärkungen sind Falten, die in eine im wesentlichen dreieckförmige Ausgangsmateriallage eingelegt werden, vergleichbar mit Abnähern an einem Rock. Diese Versteifungen bleiben nach innen ragend stehen und gewährleisten somit die Starrheit der Haube.

Mehrere solcher Teilstücke werden dann zu einer Gesamthaube zusammengelegt.

Bei der Beschreibung dieser Erfindung wird unter einer parabolischen Schale im wesentlichen eine relativ dünnwandige, hüllenartige, paraboloidförmige Struktur verstanden. Die Schale kann bezüglich ihre Hauptachse symmetrisch oder unsymmetrisch sein.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung parabolischer Reflektoren umfaßt die Herstellung von mehreren Abschnitten oder Bahnen aus einem blatt- bzw. bogenförmigen Material, beispielsweise einem Fiberglasgewebe, welche zu einer parabolischen Reflektorschale zusammengesetzt werden. Diese Schalenabschnitte oder Bahnen können unterschiedlichste Formen, beispielsweise Dreiecks- und Kreisformen, aufweisen. Diese Art der Parabolreflektorherstellung ist für viele Verwendungszwecke von Parabolantennen ausreichend. Sie ist jedoch nicht geeignet für eine Parabolantenne, auf welche sich die Erfindung bezieht.

Eine polarisierende Parabolantenne zur Herstellung eines Strahlenbündels, welches in einer gegebenen Richtung oder Ebene polarisiert ist, ist bei Kommunikationssatelliten von großem Nutzen, beispielsweise deswegen, weil zwei Antennen unterschiedlicher Polarisationsrichtung dazu verwendet werden können, Informationsübermittlungen derselben Trägerfrequenz in zwei aneinandergrenzende Gebiete der Erde abzustrahlen, ohne daß dabei Interferenzen zwischen den beiden Informationsübertragungen auftreten. Auf diese Weise kann die Kommunikationskapazität des Satelliten tatsächlich verdoppelt werden.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger Polarisationsantennen umfaßt das Anbringen eines Polarisationsgitters, welches aus parallelen, im Abstand angeordneten Leitern besteht, vor der Reflektorschale der Antenne. Dieser Polarisationsantennentyp hat gewisse Nachteile, die seine Verwendung einschränken. Einer der hervorstechendsten Nachteile beruht darauf, daß die Anordnung des Polarisationsgitters außerhalb bzw. vor der Reflektorschale unerwünschte Zwangsbedingungen bezüglich der relativen Positionierung zweier unterschiedlicher Polarisationsantennen zur Folge hat, so daß eine gegenseitige Anordnung der beiden Antennen in ihrer sonst günstigsten Lage unter Umständen nicht möglich ist. Darüber hinaus erfordert eine derartige Anordnung des Polarisationsgitters eine Gitterabstützung, welche das Gewicht sowie die Kompliziertheit der Antenne erhöht und zusätzliche, zu berücksichtigende Unsicherheitsfaktoren einführt.

In der US-PS 31 19 109 ist eine Antenne mit einem polarisierenden Reflektor beschrieben, bei der das Polarisationsgitter in der fertigen Schale erstellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur einfachen und kostengünstigen Herstellung eines Polarisationsgitters auf einer Antennenreflektorschale mit parabolischer Oberfläche anzugeben. Des weiteren soll ein Antennenreflektor angegeben werden, der mittels des genannten Verfahrens einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Hinsichtlich des Antennenreflektors wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird das Polarisationsgitter unmittelbar auf der abgewickelten Hülle aufgebracht. Das Polarisationsgitter besteht im wesentlichen aus vielen elektrisch leitenden Gitterelementen, welche sich quer über die Reflektoroberfläche erstrecken, und zwar in Ebenen, die im Abstand angeordnet und zueinander sowie zu einer Ebene, welche die Hauptachse der Reflektorschale enthält, parallel sind.

Mit Hilfe der Erfindung kann das Polarisationsgitter mit einem hohen Grad an Präzision und wirtschaftlich mittels Verfahren aufgebracht werden, die günstig auf die ebene Abwicklung der Hülle Anwendung finden können, z. B. das Photoätzverfahren.

Da die Hülle konform zum parabolischen Reflektor ist, liegen die Streifen mit den Leitern Seite an Seite nebeneinander, wodurch jegliche Diskontinuitäten infolge eines Schneidens oder Kreuzens von Streifenrändern und/oder Leitern vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Darstellungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer polarisierenden Parabolantenne;

Fig. 2 eine Draufsicht des Antennenreflektors in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Vergrößerung der durch den Pfeil 4-4 in Fig. 2 umschriebenen Fläche;

Fig. 5 einen Teil der planaren Abwicklung, aus der die parabolische, polarisierende, im Antennenreflektor gem. Fig. 2 angeordnete Gitterschicht hergestellt ist;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Gitterschicht in parabolischer Konfiguration und

Fig. 7-11 ein Verfahrensbeispiel zur Festlegung der planaren Abwicklung der Gitterschicht gem. Fig. 5.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 besteht die polarisierende Parabolantenne 10 im wesentlichen aus einem parabolischen Reflektor 12 und einem Antenneneingang bzw. -speisung 14, der vor dem Reflektor 12, und zwar auf dessen Hauptachse 16, mit Hilfe von tragenden Streben 18 angeordnet ist. Der Reflektor 12 weist eine starre parabolische Schale 20 auf, welche nach einem herkömmlichen Verfahren aus geeignetem Material hergestellt und beispielsweise im wesentlichen aus gepreßtem oder gegossenem Graphitepoxyd bestehen kann. Direkt auf der parabolischen Vorderfläche 22 der Schale 20, und zwar konform zur Krümmung der Vorderfläche 22, befindet sich ein elektrisch leitendes Polarisationsgitter 24, welches aus mehreren Gitterelementen 26 zusammengesetzt ist. Die Gitterelemente 26 bestehen im wesentlichen aus dünnen Leitern, die sich quer über die Vorderfläche 22 erstrecken, und zwar in Ebenen, die zueinander und zu einer die Hauptachse 16 der Schale 20 enthaltenden Ebene verlaufen.

Da der Verwendungszweck und das Arbeitsprinzip eines Polarisationsgitters bekannt sind, muß darauf nicht näher eingegangen werden. Es genügt festzustellen, daß das polarisierende Gitter 24 das von der Antenne gesendete bzw. übertragene Strahlenbündel derartig polarisiert, daß eine Übertragung von zwei benachbarten Antennen, deren Polarisationsrichtungen zueinander senkrecht stehen, mit derselben Trägerfrequenz möglich ist, ohne daß bei Interferenzen zwischen den beiden Übertragungen auftreten.

Das Verfahren zur Herstellung der Hülle wird nun anhand der Fig. 5 bis 11 beschrieben.

Die in Fig. 5 dargestellte ebene Abwicklung 28 der segmentartig aufgebauten Gitterschicht bzw. Hülle 30 besteht aus einem relativ dünnen, flexiblen Bandmaterial, beispielsweise Fiberglas, und setzt sich im wesentlichen aus einer Anordnung bogenförmiger bzw. gekrümmter Streifen 32 zusammen, welche Seite an Seite angeordnet sowie gem. Fig. 5 miteinander verbunden sind und eine einstückige Streifenanordnung bilden. Die Streifen 32 sind eindeutig gekrümmt, d. h. sie haben einen eindeutigen Kurvenverlauf, welcher durch die noch abzuleitenden und zu erläuternden Parametergleichungen bestimmt ist, derart, daß die Streifenanordnung zu der segmentartig aufgebauten parabolischen Hülle 30 gem. Fig. 6 geformt bzw. gefaltet werden kann. Die parabolische Schicht bzw. Hülle 30 besteht aus vielen Streifen 32, deren gekrümmte Kanten 34 und 36 aneinander anstoßend angeordnet sind. Die Kanten 34 und 36 erstrecken sich quer über die Schale 20, und zwar in zueinander parallelen Ebenen, die untereinander gleichen Abstand aufweisen und außerdem zu einer die Hauptachse 16 der Hülle 30 enthaltenden Ebene parallel sind. Die Gitterelemente 26 werden durch Photoätzung in der dargestellten Form auf den Streifen 32 ausgebildet und verlaufen im wesentlichen konform zur Krümmung ihrer entsprechenden Streifen 32, derart, daß sich die Gitterelemente 26 nach einem Zusammenlegen der Streifenanordnung bzw. Abwicklung 28 zur parabolischen Hülle 30 quer über diese erstrecken und zwar in Ebenen, die untereinander gleichen Abstand aufweisen und zu den Ebenen der Segmentkanten 34 und 36 der Hülle 30 parallel verlaufen. Demgemäß schneiden die Kanten 34 und 36 die Gitterelemente 26 nicht, so daß sie in den Gitterelementen keine elektrischen Diskontiunitäten hervorrufen.

Die Parametergleichungen, welche die Krümmungen der Streifen 32 der planaren Abwicklung 28 der parabolischen Hülle 30 festlegen - die Streifenanordnung bzw. Abwicklung 28 ist zur parabolischen Hülle 30 zusammenlegbar -, werden nun anhand der Fig. 7 bis 11 abgeleitet. Zunächst soll die Breite der Streifen 32 betrachtet werden. Aus der Beschreibung wird sich ergeben, daß die Gitterschicht bzw. Hülle 30 um so besser einer idealen Parabolform und demgemäß der parabolischen Vorderfläche 22 der Reflektorschale 20 angepaßt werden kann, je schmaler die Streifen 32 sind. Umgekehrt wird mit sich vergrößernder Streifenbreite die Übereinstimmung der Hülle 30 mit der parabolischen Vorderfläche 22 der Reflektorschale 20 verringert. Es wurde festgestellt, daß eine relativ hohe Konformität der Hülle 30 bezüglich der Reflektorschale 20 gegeben ist, wenn die maximale Streifenbreite in der Größenordnung von 10% der Brennweite der Reflektorschale 20 liegt.

Die relativen Breiten der Streifen 32 müssen auch betrachtet werden. Bei der dargestellten Antenne haben die Streifen 32 derartige Breiten, daß beim fertigen Reflektor 12 alle Streifen 32′ der polarisierenden parabolischen Hülle 30 dieselbe scheinbare Breite aufweisen, wenn sie in Richtung der Hauptachse 16 des Reflektors 12 betrachtet werden. Anders ausgedrückt, die Projektion der Streifen 32 der Hülle 30 auf eine normal zur Hauptachse 16 verlaufende Ebene ergibt eine ebene Figur, deren Umrißlinie mit der Projektion des Umkreises der Hülle 30 auf die Ebene übereinstimmt, und die in Abschnitte gleicher Breite, welche durch die Projektionen der entsprechenden Streifen 32′ bestimmt sind, unterteilt ist.

Zur Ableitung der oben genannten Parametergleichungen werden jetzt die Fig. 7 und 8 herangezogen. Fig. 7 veranschaulicht in einem x, y, z-Koordinatensystem in halbgrafischer Darstellung einen Schnitt durch die polarisierende Hülle 30 entlang einer Ebene, welche die z-Achse (die Hauptachse 16 der Hülle 30) und die y-Achse enthält, wobei nur einer der Streifen 32′ der Hülle 30 dargestellt ist. Fig. 8 ist eine Draufsicht auf Fig. 7 entlang der z-Achse. Sie zeigt eine ebene Abb. 38, welche mit der Projektion der Hülle 30 und des Streifens 32′ der Fig. 7 auf die x, y-Ebene übereinstimmt. Die ebene Abb. 38 weist einen Umkreis 40, welcher durch die Projektion des Umkreises der Hülle 30 bestimmt ist, und ein schmales Band 32′′ auf, dessen Breite w durch die Projektion des Streifens 32′ der Hülle 30 bestimmt ist. Die der x-Achse benachbarte Streifenkante 34 weist gegenüber der x-Achse einen Abstand y₀ auf, wobei die Projektion der Kante 34 in Fig. 8 die y-Achse im Achsenschnittpunkt 42 mit den Koordinaten x=0 und y=y₀ schneidet. Die Kante 34 endet am Umkreis der Hülle 30 in den Endpunkten 44 und 46 mit den Koordinaten in der x, y-Ebene der Fig. 8 (x₁, y₀) und (x₂, y₀). Die Steigung des Streifens 32′ in Richtung der y-Achse ist über die gesamte Streifenlänge innerhalb der Punkte 44 und 46 konstant. Die Steigung ist durch folgende Gleichung bestimmt:

wobei F die Brennweite des Paraboloids, das mit der Hülle 30 übereinstimmt, ist und das Paraboloid durch folgende Gleichung bestimmt ist:

Aus der bisher gegebenen Erläuterung zu dem in Fig. 7 dargestellten Streifen 32′ der Hülle 30 ergibt sich, daß die bisherigen Überlegungen auf alle Streifen 32′ der Hülle 30 zutreffen. Alle Streifen weisen bei einer Projektion auf die x, y-Ebene eine Breite w auf und unterscheiden sich lediglich bezüglich ihrer Koordinaten x₁, x₂, y₀ und ihrer Steigung

Fig. 9 stimmt mit Fig. 7 mit der Ausnahme überein, daß Fig. 9 ein zusätzliches x′, y′, z′-Koordinatensystem aufweist, dessen Ursprung im Schnittpunkt der Kante 34 des Streifens 32′ mit der x, y-Ebene liegt und dessen y′-Achse dieselbe Steigung wie der Streifen 32′ hat. Fig. 10 stellt eine Ansicht des Streifens 32′ in Richtung der y′-Achse dar, d. h. eine Ansicht des Streifens 32′ entlang der Linie 10-10 in Fig. 9. Da die Steigung des Streifens 32′ über die gesamte Streifenlänge konstant ist, ist die Steigung unabhängig von x und x′. Demgemäß kann der Streifen 32′ in die x′, y′-Ebene abgewickelt werden.

Zunächst wird eine Abwicklung der Streifenkante 34, insbesondere eines beliebigen Punktes P (Fig. 10) dieser Kante, der von der gemeinsamen y, z-y′, z′-Ebene einen Abstand x aufweist, betrachtet. Gemäß Fig. 10 wickelt sich dieser Punkt auf die x′ und y′-Ebene so ab, daß er einen Abstand x′=x + u von der y′, z′-Ebene aufweist, wobei gilt:

wobei β der Winkel zwischen der x′, y′-Ebene und einer Tangente an die Kante 34 im Punkt P ist.

Gleichung 2 kann wie folgt vereinfacht werden:

Die y′-Koordinate des abgewickelten Punktes P′ in der x′, y′-Ebene ist:

wobei x irgendeinen Wert entlang der Streifenkante 34 in Fig. 7 zwischen und einschließlich der Endpunkte 44 und 46 annehmen kann, d. h. irgendeinen Wert zwischen und einschließlich der Punkte x₁ und x₂.

Die oben entwickelten Parametergleichungen (3) und (4) legen demnach die Abwicklung der Streifenkante 34 auf die x′, y′-Ebene fest. Die Kante 34 ist nach ihrer Abwicklung in die x′, y′-Ebene in Fig. 11 mit der Bezugsziffer 34′ gekennzeichnet.

Die abgewickelte Breite w′ (Fig. 11) des Streifens 32′ in der x′, y′-Ebene, in einer Richtung parallel zur y′-Achse ist durch folgende Gleichung bestimmt:

Die Parametergleichungen (3), (4) und (5) legen die planare Abwicklung 28 des Streifens 32′ der polarisierenden Hülle gemäß Fig. 7 fest und zwar ausgedrückt in Abhängigkeit von der Brennweite F der Hülle 30, und des Abstandes y₀ zwischen der Streifenkante 34 und der x, z-Ebene sowie den Koordinaten x₁ und x₂ der Endpunkte 44 und 46 der Kante 34. Diese planare Abwicklung des Streifens 32 kann auf einem bandförmigen Material durchgeführt und danach der abgewickelte Streifen 32 in seine parabolische Form gebracht werden. Aus dem bisher Gesagten ergibt sich, daß dieses Vorgehen auf alle Streifen 32′ der polarisierenden Gitterschicht bzw. Hülle 30 angewendet werden kann, um planare Abwicklungen für alle Streifen 32′ zu erhalten.

Nach dem eben beschriebenen Verfahren wird vorgegangen, um die Streifenanordnung der polarisierenden Gitterschicht bzw. deren Abwicklung 28 gemäß Fig. 5 zu erhalten. Jeder gekrümmte Streifen 32 der Streifenanordnung 28 stellt demnach die planare Abwicklung seines korrespondierenden Streifens 32′ der Hülle 30 dar, wobei die Hülle 30 aus relativ dünnem, flexiblem bandartigem Material, beispielsweise Fiberglas, hergestellt ist. Die einzelnen Streifen 32 sind an ihren Schnittlinien mit der x′, z′-Ebene Seite an Seite angeordnet, um die Abwicklung 28 zu bilden, welche dann zum Paraboloid zusammengelegt und mit der Reflektorschale 20 der Antenne 10 verbunden werden können, um die parabolische Hülle 30 zu erhalten. Aus der bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß sich die Kanten 34 und 36 der Streifen 32 nach einem Zusammenlegen der Streifenanordnung von selbst so ausrichten, daß sie unmittelbar aneinander angrenzen und in Ebenen verlaufen, die zueinander und zu einer Ebene, d. h. der y, z-Ebene, welche die Hauptachse 16 der Reflektorschale 20 enthält, parallel sind.

Es wird nun erklärt, wie die planaren Abwicklungen der Streifen 32′ der Hülle 30 auf dem bandartigen Material zur Herstellung der Streifen 32 vorgenommen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Streifen 32 jeweils gesondert hergestellt werden können und dann Seite an Seite gemäß Fig. 5 gelegt und verbunden werden, um die dort dargestellte Streifenanordnung zu erhalten, welche dann in die Reflektorschale 20 eingebracht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Abwicklungen sämtlicher Streifen 32′ der Hülle 30 auf demselben Stück Bandmaterial durchgeführt. Dieses Materialstück wird dann entlang den gem. Fig. 11 abgewickelten Kanten 34 und 36 derart geschnitten, daß benachbarte Streifen 32 an ihren benachbarten Schnittlinien mit der y′, z′-Ebene verbunden bleiben, so daß man die einstückige Streifenanordnung bzw. Abwicklung 28 erhält. Diese Abwicklung kann dann in ihre parabolische Form, d. h. zur Hülle 30 gefaltet und mit der Reflektorschale 20 verbunden werden.

Jeder der Streifen 32/32′ enthält mehrere leitende Gitterelemente 26, welche sich entlang der Streifen 32/ 32′ erstrecken und zwar im wesentlichen parallel zu deren konvexen Kanten 34. Es wird nun erklärt, wie die Gitterelemente 26 auf den Streifen 32 hergestellt werden. Die Gitterelemente 26 verlaufen im wesentlichen konform zu abgewickelten Kurven, welche durch dieselben Parametergleichungen (3) und (4), die auch für die konvexen Streifenkanten 34 gelten, bestimmt sind, und zwar derart, daß die Gitterelemente 26 im fertiggestellten Polarisationsgitter bzw. der Hülle 30 in Ebenen angeordnet sind, die parallel zu den Ebenen der Segmentkanten 34 und 36 verlaufen. In der Praxis können alle Gitterelemente 26 jedes Streifens 32 konform zur selben abgewickelten Kurve sein, welche in Abhängigkeit von den x₁, x₂ und y₀-Koordinaten eines ausgewählten Gitterelements 26, beispielsweise des mittleren Elements 26 im Streifen 32, bestimmt ist. Statt dessen können die einzelnen Gitterelemente 26 auf jedem Streifen 32 mit der Kurve übereinstimmen bzw. konform zu dieser verlaufen, welche für die abgewickelte konvexe Kante 34 des Streifens 32 festgelegt wurde. Selbstverständlich können die Parametergleichungen (3) und (4) auch dazu herangezogen werden, den genauen Verlauf der abgewickelten Kurve für jedes einzelne Gitterelement 26 festzulegen.

Die Streifenanordnung bzw. Abwicklung 28 gemäß Fig. 5 und die Gitterelemente 26 auf der Anordnung der Streifen 32 können auf dem bandartigen Material in verschiedener Weise hergestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dies durch ein Photoätzverfahren erreicht, wobei eine dünne Kupferschicht oder ein anderes Material, beispielsweise Fiberglas, aufgebracht wird; diese Schicht mit einem Photolack überzogen wird; auf das ebene Bandmaterial ein Bild der Streifenanordnung und Gitterelemente projiziert wird; der belichtete Photolack entwickelt wird, um die Kanten der Streifen 32 und die Gitterelemente 26 festzulegen; und das Materialstück dann entlang den Streifenkanten gemäß dem oben Gesagten geschnitten wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsgitters auf einer Antennenreflektorschale mit parabolischer Oberfläche gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Herstellen einer ebenen angenäherten Abwicklung einer parabolischen Hülle aus einem relativ dünnen flexiblen elektrisch nichtleitenden, für die Antennenstrahlung durchlässigen Material in Form von Streifen, die derart breit und derart gekrümmt ausgebildet sind, daß die Kanten dieser Streifen in der Projektion in Richtung der Symmetrieachse der parabolischen Hülle auf eine sich normal zur Symmetrieachse erstreckende Ebene in einander berührenden Zustand gleichweit voneinander entfernt und parallel zueinander erscheinen
• b) Herstellung der elektrischen, parallel zu den Streifenkanten verlaufenden Leiter auf dieser Streifenanordnung
• c) Zusammenlegen dieser Streifenanordnung zu einer parabolischen Hülle
• d) Verbinden der Streifen mit der Vorderfläche der Reflektorschale.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (26) durch ein Fotoätzverfahren aufgebracht werden.

3. Verfahren wie vorher, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenkanten der Hülle miteinander verbunden sind.

4. Verfahren wie vorher, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen (32) gleich oder weniger als ungefähr ¹/₁₀ der Brennweite (F) der Schale bzw. Hülle (20; 30) ist.

5. Antennenreflektor, bestehend aus einer Reflektorschale mit einer parabolischen Schalenoberfläche, und mit Leitern, die ein Polarisationsgitter an der Schalenoberfläche bilden, wobei die Leiter (26) auf einer Hülle (30) getragen werden, die der parabolischen Schalenoberfläche konform ausgebildet und an ihr befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (30) nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1-4 hergestellt ist.