DE2702677A1 - Antennenreflektor fuer konstante richtstrahlbreite - Google Patents

Antennenreflektor fuer konstante richtstrahlbreite

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DE2702677A1
DE2702677A1 DE19772702677 DE2702677A DE2702677A1 DE 2702677 A1 DE2702677 A1 DE 2702677A1 DE 19772702677 DE19772702677 DE 19772702677 DE 2702677 A DE2702677 A DE 2702677A DE 2702677 A1 DE2702677 A1 DE 2702677A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H01Q19/132—Horn reflector antennas; Off-set feeding

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL. PHYS. ROBERT MÜNZHUBER
PATENTANWÄLTE
WIDENMAYERSTRASSE 6 D 8000 MÜNCHEN 22 TEL. (089) 22 29 3O 29 51 92
24.1.1977
A 5 77 Ml/De
Firma SANDERS ASSOCIATES, INC., Daniel Webster Highway, South, Nashua, New Hampshire 03060 / V.St.A.
Antennenreflektor für konstante Richtstrahlbreite
Die Erfindung betrifft einen Antennenreflektor zur Verwendung als Empfangs- oder Sendeantenne für elektromagnetische Energie. Es zeigt sich bereits aus dem Stand der Technik, daß ein Bedarf besteht nach Antennenanlagen, die praktisch gleichmäßige und hochwirksame elektrische Übertragungseigenschaften haben, und speziell nach Antennen, die bei praktisch jeder Frequenz, mit der das Antennensystem arbeitet, eine immer gleiche Richtstrahlbreite haben. Es gibt derzeit praktisch zwei Haupttypen von Antennen, die im gewissen Grad frequenzunabhängig sind. Dieses sind logarithmisch periodische Antennen und Spiralantennen. Die Spiralantennen sind in der Lage, über einen weiten Frequenzbereich einen Richtstrahl konstanter Breite abzugeben, doch haben die Spiralantennen bestimmte Nachteile, denn sie können nur bei einem niedrigen Leistungsniveau arbeiten, haben einen schlechten Wirkungsgrad und strahlen mit großer Strahlbreite ab, was sich einerseits negativ auf die Richtwirkung und andererseits
Bankhaus Merck. Finck Λ Co. Münch.n. Nr 2B484 I Bankhaus H Aufhausar. München. Nr 281300 Postscheck: München 2OO04 BOO Telegrammadresse Patentsenior
709832/0652
zu
auf die übertragende Leistung auswirkt. Logarithmisch periodische Antennen stellen eine Verbesserung der Spiralantennen dar und weisen aufgrund einer geringeren Richtstrahlbreite eine bessere Richtwirkung auf, was auch zu einer mittleren Leistungsübertragung führt. Logarithmisch periodische Antennen können jedoch nur mittlere Leistungen übertragen, und ihre Richtstrahlbreite ändert sich in einem Maß mit der Frequenz, das in einer Reihe von Anwendungsfällen nicht zuträglich ist. Darüberhinaus arbeiten logarithmisch periodische Antennen oberhalb einer Frequenz von 12 GHz nicht mehr einwandfrei.
Zur Verbesserung der Eigenschaften von Spiralantennen und logarithmisch periodischen Antennen wurden gewöhnliche Reflektoren in Verbindung mit ihnen benützt, die dem Fachmann bekannt sind. Durch die Kopplung einer Spiralantenne mit einem Reflektor lassen sich die Richtstrahlbreiten etwas einengen, was zu einer Verbesserung der Riehtfähigkeit und zu einer erhöhten Leistungsübertragung führt, doch kann durch diese Kombination nicht verändert werden, daß sie nur für geringe Leistungen brauchbar ist und einen schlechten Wirkungsgrad hat, da die Spiralantenne selbst, die gegen den Reflektor abstrahlt, diesen Grenzen unterliegt.
Die Kombination von logarithmisch periodischen Antennen mit gewöhnlichen Reflektoren führt ebenfalls zu einer Einengung der Richtstrahlbreite mit damit verbundener besserer Richtfähigkeit und höherer Leistungsübertragung, doch kann sie nur bei mittleren Leistungsniveaus eingesetzt werden und*nicht oberhalb von 12 GHz, was wiederum durch die Grenzen der logarithmisch periodischen
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Antenne selbst bedingt ist. Auch die Schwankungen der Strahlbreiten abhängig von der Frequenz bleiben erhalten. Dieser Faktor, verbunden mit der Verschiebung der Phasenmitte über die Länge einer logarithmisch periodischen Antenne bei sich ändernder Frequenz führt zu Störungen im Strahlmuster, die häufig nicht hingenommen werden können.
Obgleich sich bereits Verbesserungen in einigen elektrischen Eigenschaften der Antennensysteme durch die Kombination eines herkömmlichen Reflektors entweder mit einer Spiralantenne oder einer logarithmisch periodischen Antenne erzielen lassen, besteht doch dann keine Konstanz des Strahlmusters mehr über einen großen Betriebsfrequenzbereich .
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Antennenreflektor zu schaffen, der über einen großen Frequenzbereich, in welchem die Antenne arbeitet, für eine konstante Richtstrahlbreite sorgt und damit für eine gute Richtfähigkeit und einen hohen Ubertragungsfaktor, wobei der Leistungsbereich und die Wirksamkeit lediglich durch die Antenne selbst, die auf den Reflektor abstrahlt, bestimmt sein soll.
Mit der Erfindung wird ein Antennenreflektor geschaffen, der in der Lage ist, über einen großen Frequenzbereich der auf den Reflektor abgestrahlten elektromagnetischen Energie ein Richtstrahlmuster von konstanter Breite abzugeben, wobei Grenzen nur durch die räumlichen Abmessungen des Reflektors und die elektrischen Eigenschaften
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der Strahlungsquelle der elektromagnetischen Energie gezogen werden. Der Reflektor gemäß der Erfindung kann mit jeder üblicherweise eingesetzten Strahlungsquelle in Antennensystemen, die einen Reflektor benützen, verwendet werden, und zwar für alle Frequenzen elektromagnetischer Wellen bis zu den höchsten Frequenzen von Mikrowellen. Die Betriebseigenschaften eines mit dem Reflektor ausgestatteten Antennensystems werden nicht vom Reflektor eingeschränkt mit Ausnahme durch die mechanischen Toleranzen, die bei seiner Herstellung zugestanden werden müssen, und seine Gesamtgröße; vielmehr werden die Grenzen durch die elektrischen Eigenschaften der auf den Reflektor abstrahlenden speziellen elektromagnetischen Strahlungsquelle gezogen.
Der erfindungsgemäße Reflektor wird durch seine Oberfläche beschrieben, die definiert ist durch eine rippenartig verlaufende Kurvenschar, wobei jede Kurve in ihrer eigenen Ebene liegt und die geometrische Mitte jeder Kurve mit einem Punkt einer Rückgratkurve zusammenfällt, welche speziell bestimmt ist. Dabei stehen die Ebenen, in die die Einzelkurven dor Kurvenschar fallen, orthogonal auf der Ebene, in der die Rückgratkurve liegt.
Die elektromagnetische Strahlungsquelle, die ihre Energie auf den Reflektor abstrahlt, liegt im Brennpunkt der Rückgrat kurve der Reflektorfläche, wobei, für den Fachmann verständlich, die Kanten der Reflektorfläche so gestaltet sind, daß die elektromagnetische Strahlungsquelle den Reflektor vorzugsweise derart bestrahlt, daß das Energieniveau entlang den Kanten der Reflektorfläche praktisch gleich ist.
709832/0652 " 5 "
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den Darstellungen der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht des Reflektorantennensystems in einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2: einen Schnitt in einer vertikalen Ebene dadurch;
Fig. 3: eine perspektivische Schemadarstellung, mit der die Entwicklung des Antennenreflektors erläutert wird.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Reflektor 10 ist unter Einsatz von Computeranalysetechniken bemessen worden und wird vorzugsweise aus einer metallisierten Glasfasersubstanz hergestellt, kann jedoch aus jedwedem metallisierten, formbaren Material oder sonstigem, dem Fachmann als geeignet erscheinendem Material hergestellt werden. Das in Verbindung mit dem Reflektor 10 verwendete Antennensystem gibt einen im wesentlichen konstant mit 30° sich erweiternden elektromagnetischen Strahl zwischen zwei und 18 GHz Schwingungsfrequenz ab. Die Begrenzung auf 2 GHz als untaste Grenze des Antennensystems ist bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich wegen der räumlichen Größe des Reflektors gewählt, der Abmessungen von 12" χ 20" hat. Die obere Grenze von 18 GHz für das Antennensystem ist hauptsächlich durch die besondere Breitband-zirkularpolarisierte Antennenstrahlungsquelle 11 bestimmt, die zur Abstrahlung gegen den Reflektor verwendet wird. Die Antennenstrahlungsquelle 11 ist in der Zeichnung in ihren Einzelheiten nicht wiedergegeben, denn es ist ohne weiteres möglich, die verschiedenen standardisierten elektromagnetischen Strahlungsquellen zu verwenden. Der Betriebsfrequenzbe-
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reich des mit dem Reflektor 10 ausgestatteten Antennensystems ist bestimmt durch die elektrischen Eigenschaften der Strahlungsquelle 11 und die räumlichen Abmessungen des Reflektors 10 auf der Seite der unteren Grenzfrequenz, während für die Seite der oberen Grenzfrequenz die mechanischen Toleranzen der Reflektoroberfläche und die elektrischen Eigenschaften der angewandten Strahlungsquelle 11 maßgebend sind.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wurde nicht darauf geachtet, ein Azimutmuster (d.h. parallel zum Horizont) mit konstanter Richtstrahlbreite zu erzielen. Die Azimut-Halbleistungs-Richtstrahlbreite variiert nur zwischen 4° und 24° über den Arbeitsfrequenzbereich von 2 bis 18 GHz des Antennensystems. Außerdem ist mit dem erfindungsgemäßen Antennensystem ein Ubertragungsfaktor (gain) von 20 db in I- und J-Mikrowellenband (dem Betriebsbereich) erzielt worden.
Bei der Gestaltung des Reflektors 10 wurde bewußt die bei der Auslegung üblicher Parabolreflektorantennensysteme eingehaltene, normale Gleichphasencharakteristik verzerrt. Der Grund dafür liegt darin, daß bei den Parabolreflektorantennen die Strahlbreite sich linear mit der Frequenz ändert, was zwischen zwei und 18 GHz zu einer Strahlbreitenänderung im Verhältnis von 9 ./. 1 führt. Eine derartige Veränderung der Strahlbreite ist für ein Antennensystem normalerweise nicht akzeptierbar, daß seine Verwendung in Richtungsbestimmungsanlagen hat.
Es ist dem Fachmann bekannt, daß die Strahlbreite bei einem Parabol-
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reflektorantennensystem durch die Größe der ebenen Wellenfront in der Brennebene des Antennensystems in Wellenlängen bestimmt ist, oder anders ausgedrückt, es besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen Strahlbreite und Antennenöffnungsweite in Wellenlängen. Diese lineare Abhängigkeit schließt die Möglichkeit aus, daß der Richtstrahl eine konstante Breite hat, wenn es möglich sein soll, elektromagnetische Wellen über einen größeren Frequenzbereich abzustrahlen, da die Wellenfrontphase aller Feldvektoren in <tr Brennebene eines Parabolreflektorsystems sich in der Phase bei allen Betriebsfrequenzen addiert. Folglich ist das sich daraus ergebende Strahlungsmuster des Antennensystems die normale - Verteilung, die mit der öffnungsabstrahlung verbunden ist, wie dies allgemein bekannt ist. Um über ein breites Betriebsfrequenzband eine konstante Strahlbreite zu erhalten, muß über das Betriebsfrequenzband eine sich ändernde Beziehung zwischen Phase und Amplitude bestehen. Da alle Reflektoren geometrische Vorrichtungen sind und nach optischen Gesichtspunkten bemessen sind, wobei speziell der Einfalls-
gl.eich
winkel dem Ausfallswinkel ist, wird die gleiche Weglänge vom Speisungspunkt der elektromagnetischen Energie zur Brennebene unabhängig von der Frequenz erreicht. Damit nun die oben genannte variable Beziehung zwischen Phase und Amplitude erzielt wird, die für die Abstrahlung eines Richtstrahls mit konstanter Breite benötigt wird, besteht lediglich die Notwendigkeit darin, einen Antennenreflektor zu gestalten, der bewirkt, daß alle Feldvektoren sich auf der Reflektorbrennebene addieren, um eine konstante Beziehung zwischen Amplitude und Winkel zu erhalten.
Um das gewünschte Richtstrahlbreitenmuster der aufgezeigten Art zu
709832/0652 ~ 8 "
erzielen, wurde der Reflektor 10 gestaltet, der mit einer Breitbandstrahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung 11 zusammenwirken kann wie etwa einer Spirale, einem Horn oder einem Dipol.
Der Antennensystemreflektor 10 besitzt eine Oberfläche, die durch eine Schar von Parabelkurven 12 bestimmt ist, wobei jede der Kurven in ihrer eigenen Ebene liegt und die Mitte jeder Parabelkurve mit einer Rückgratkurve 13 zusammenfällt, die derart gestaltet ist, daß die Ebene, in die jede der Parabelkurven 12 fällt, orthogonal auf der Ebene steht, in der die Rückgrat kurve 13 liegt. Die Rückgrat! ■ kurve 13 ist in der Ebene dargestellt in der Schnittdarstellung des Reflektors in der Fig. 2. Fig. 3 zeigt die Art, wie der Reflektor 10 entwickelt wird, und zeigt außerdem die Rückgratkurve 13. Diese ist mit kartesischen Koordinaten in der nachfolgenden Tabelle beschrieben, wobei die Koordinaten X,Y,Z den in der Fig. 3 darge- · stellten Richtungsverlauf haben.
Tabelle 1
12. 976 inches 14, 617 Inches
!2.229 14,466
11.495 14,266
10.789 14.343
10.114 13.803
9.468 13.549
8.853 13.284
8.267 , 13.010 , ν
7.710 12.728
7.181 12.439
709832/0652
X γ
12.145 11.847 11.545 11.241 10.935 10.629 10.321 10.014
9.708
9.403
9.100
8.799
8.500
8.205
7.912
7.623
7.338
7.056
6.779
6.505
6.234
5.968
5.705 ,5.446
5.190 4.939 J4.691 '4.447 4.206 3.969 3.736 3.506 3.279 3.055 2.835 2.617
6 .678
6 .232
5 .750
5 .323
4 .919
4 *537
4 .176
3 .837
3 .517
3 .215
2 .932
2 .667
2 417
2 184
A « 966
X t 762
X ■ 572
X · 395
X · 231
X · 078
O. 938
0. 808
0. 689
0. 580
0. 482
0. 393
0, 313
0. 243
0. 181
0. 129
0* 085
0. 050
0. 024
0. 007
0. 004
0
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jede der Kurven der Kurvenschar, die quer zur Rückgratkurve 13 liegen, durch eine Parabel bestimmt. Zur Beschreibung der Parabelkurven, die die Rückgradjkurve 13 in einer Reihe von Punkt:-.:::, schneiden, sind anschließend
- 10 -
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- Ul··-
Tabellen 2 bis 11 angegeben, die in Verbindung mit der Tabelle 1 die Oberflächenpunkte eines speziellen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemaßen Reflektors 10 in kartesischen Koordinaten darstellen.
11.000 inches
Tabelle 2 , ■ . - » · . ■ *
X
2L 14.601 lud he β
12.995 inches 14.451
12.251 14.251
11.519 14.028
10;815 13.789
10.140 13. 535
9.496 13.271
8.882 12.997
8.298 12.715
7.742 12.427
7.213 12. 134
6.712 11.836
6.236 11.535
5.786 11.232
5.359 10.927 '
4.956 10.620
4.575 10.314
4.216 10.008
3.877 9.702
3.557 9. 398
31257 9.096
2.975 8.796
2.710 8,498
2.461 8.203
2.229 7* 912 '
2.011 7. 623
1.Θ08 7.339
1.619 7.058
1.442 6.781 ,
1.278 6. 508
1.127 6. 239
0.986 5.973
0.857 5. 712
0.739 5.454
0.631 5.200
0.533 4.950
0.444 4. 703
0.365
709832/0652
0.295 inches 4.461 inchee'
0.234 4.222
O. 182 3.987
0. 139 3.756
O. 104 3.528
0.078 3. 3ο4
0.062 3. 084
0.058 2.869
0.056 2.661 ι
- 12 -
709832/0652
Tabelle 3 14.552 inches
■· ;'— /. ■■■ ■ ·■ ■ " — ·. .· ■ 14.404
,12.000 inches .■'.*'V. 13.053 inches 14.205
12.320 13.984 .
: . ·. . . 11.592 13.746
10.892 13.494
10.221 13.231
9.580 12.958
8.970 12.678
8.388 12.392 :
7.835 12.100 ν
'■ ■ 7.310. 11.804 · ■'■',
. 6.812 ; 11.505
·■■■'■ 6.339 11.203 '
5.892 10.900
5.468 10.596
5.068 10.292
4.689 9.988
4.333 9.685
3.996 9.383
3.680 9.083
3.382 8.786
3.102 8.490
2.839 8.198
2.593 7. 909
2.363 7.623
2. 147 7.341
1.946 7.063
1.758 6.789
1.584 6.519
1.422 6.253
1.272 . . 5.991
1.133 5.773
1.006 5.479
0.889 5.228
0.783 4.982
0.686 4.740
0.599 .4.502
0.522 V?.4.269
0.453 1 4.03§Ρ
0.393 3.815
0.343 3.596
0.300 3.381
0.267 . 3.171
0.243 2.970
0.227 2. 794
0.222
0.220
709832/0652
- 13 -
VBT-
/a
Tabelle 4
+ 3.000 inches 13.150 inchee 14.471 inchee
SS" 12.433 14.327
11.713 14.130
11.020 13.911
10.355 13.674
9. 721 13.425
9.115 13.164
8.539 12.894
7.992 12.616
7.472 12.332
6. 978 12.043
6.511 11.750
6.068 11.454
5.649 11.156
5.254 10.857
4.880 10.556
4.528 10.256
4.196 9.955
3.884 9.656
3.590 9.358
3.314 9. 063
3.055 8.769
2.813 8. 478
2.586 8. 190
2.374 7.905
2.176 7.623
1.991 7. 346
1.819 7.072
1.660 6.803
1.513 6.538
1.378 6.277
1.253 6.020
1.139 5. 768
1.035 5. 520
0.941 5.276
0.857 5.036
0.782 4. 802
0.716 4.572
0.659 4.347
0.610 4. 127
0.570 3.914
0.539 3.708
0.516 3.508
0.502 3.316
0.498 3.138
0.496 3.015
709832/0652
- 14 -
- Ur-
Tabelle 5
+ 4.000 inche· 13.285 inches 14. 358 inche·
12.592 14. 218
11.884 14.024
11.199 13.808
10.543 13.575
9.917 13.328
9.319 13.070
8.751 12.803
8.210 12.529
7.698 12.249
7.211 11.964
6.751 11.675
6.315 11.384
5.903 11.090
5.514 10.795
5.147 10.500
4.802 10.2q4
4.476 9.910
4.169 9.616
3.882 . 9.324
3.611 9.033
.' 3.358 8.746
3.121 8.460
2.898 8.178
2.691 7.899
2.497 7.623
2.317 7. 352
2.149 7. 085
1.994 6.822
1.851 6.564
1.720 6.310
6.061
1 5.817
5.577
: 5. 342
5.112
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1.599 4.456
L. 489 4. 250
1.389 4.053
1.299 3.865
1.218 3.686
L. 147 3.519
L.084 3.374
Ü.030 3. 325
0.984
0.948
0.919
0.899
0.887
0.882
(
Ϊ.878
709832/0652
Tabelle 6
+5.000 inchee
13.459 inches
12.796
12.102
11.430
10.785
10.169
9.581
9.022
8.492
7.988
7.511
7.060
6.633
6.230
5.849
5.491
5.153
4.835
4.537
4.256
3.993
3.747
3.516
3.300
3.099
2.910
2.735
2.573
2.424
2.286
2.160
2.044
1.939
844 759
682 615
1.557 1.507 1.466 1.433 408 391 381 378
1.370
14.212 Inches 14.079 13.889 13.676 13.446 13.203 12.949 12.687 12.417 12.142 11.662 11.579 11.293 11.205 10.716 10.427 10.139 9.851 9.564 9.279 8.996 8.716 8.438 8.163 7.892 7.623 7.359 7.100 6.846 6.597
6. 353 6.114 5,880 5.651 5.428 5.410 4.999 4.794 4.597 4.408 4.232 4.067 3.915 3.780 3.677 3.723
709832/0652
- 16 -
- <ye~
Tabelle 7 JT-
JL 2L 14.033 inches
+ 6. 000 inches 13. 672 inches 13.908
13.046 13.723
12.369 13.514
11.712 13.289
11.081 13.051
10.477 12.802
. 9.902 12. 545
9.355 12.281
8.836 12.011
8.343 11.738
7.878 11.461
7.437 11.182
7.021 10.901
6. 629 10. 620
6.259 10.339
5.911 10.058
5.583 9.779
5.275 9.500
4.986 9.224
4.714 8.950
4.460 8.679
4.222 8.410
3.999 . 8.145
3.791 ^7.882
3.597 $7. 623
3.416 7. 369
3.247 7.120
3.092 6. 876
2.949 6.638
2.818 6.405
2.698 6.178
2.588 S. 957
2.489 5. 741
2.400 5.532
2.320 5.330·
2.250 5.134
2.188 4.947
2.135 4. 768
2.090 4.601
2.054 4.450
2.026 4.314
2.006 4,195
1,993 4.099
1.986 4.047
4.210
1.984
1.971
709832/0652
- w- X
QZ 13.822 Inc he*
Tabelle 8 13.707
JL 13.527
+ 7. 000 Inches 13.924 Inches 13.324
13.341 13.104
12.635 12.871
12.046 12.628
11.430 12.377
10.841 12.119
10.280 11.857
9.747 11.591
9.242 11.321
8.763 11.051
8.311 10.779
7.883 10. 506
7.480 10.234
7f 100 9.963
6, 743 9.693
6.407 9.425
6.091 9.160
5.794 8.896
5.516 8.636
5.256 8.378
5.012 8.123
4.784 7.872
4.571 7.624
4.372 7.380
4.186 7.143
4.013 6.911
3.852 6.686
3.705 6,467
3.569 6.254
3.446 6.047
3.333 5.848
3.231 5.656
3,139 5.471
; 3,057 5.294
2.984 5.127
2.920 4.971
2.865 4.830
2.818 4.708
2.780 4. 606
2.749 4. 525
2.727 4.476
2.713 4.427
2.704 4.378
2.701
2.700
2.682
709832/0652
Tabelle
8.000 inches
2L
14.214 inches 13.681 13.050 12.430 11.833 11.261 10.717 10.200 9.711 9.248 3.810 8.398 8.010 7. 644. 7.301 6.979 6.677 6.394 6.128 5.880 5.649 5.432 5.230 5.041 4.865 4.702 4.550 4.412 4.285 , 4.17p 4.067 3.973 3.889 3.815 3.750 — 3.694 3.646 3.607 3.575 3.552 3.536 3.528 3.525 3.525 3.527 3.501
709832/0652
- 19 -
Tabelle 10
+ 9. 000 inches 14. 542 inches 13.303 inches
14.067 13.211
13.463 13.044
12.866 12.854
12.290 12. 647
11.738 12.428
11.212 12.199
10.714 11.964
10.242 11.722
9.797 11.477
9.377 11.228
♦,.8.981 10.978
10.727
"-8.261 10.476
7.934 10.226
7.628 9.977
7.341 9.729
7.073 9.484
6.822 9.241
6.588 9.001
6.370 8.763
6.167 8.529
5.977 8.298
5.800 8.070
5.636 7.845
5.482 7.624
5.341 7.407
5.213 7.199
5.097 6.998
4.992 6. 804
4.898 6.618
4.814 6.441
4.740 6. 271
4.675 6.111
4.619 5.959
4.571 5.818
4.532 5.688
4.500 5.572
4.477 5.471
4.461 5.392
4.453 5.343
4.452 5.325
4,455 5, 307
4.460 5. 289
4.463] 5.271
4.430 5.253
709832/0652
- 20 -
Tabelle 11
+ 10.000 inches
14.910 lache·
14.498
13.925
13.353
12.800
12.270
11.766
11.288
10.836
10.410
10.010
9.633
9.281
8.950
8.641
8.353
8.083
7.832
7.598
7.380
7.176
6.988
6.812
6.648
6.496
6.355
6.225
6.108
6.003
5.910
5.827
5.753
5.690
5.635
5.589
5.551
5.521
5.499
5.484
5.477
5.478
5.485
5.494
5.504
5.510
5.469
12.995 Inche· 12.916 12,758
12. 575
12. 376 12.165 11.945 11.718 11.486 11.251 11.013 10.775
10. 536 10.297 10.060 9.824 9.590 9.359 9.131 8.906 8.684 8.466 8.250 8.038 7, 829 7.624 7.424 7.232 7.049 6.874 6.708 6.552 6.404 6.267 6.140 6.024 5.922 5.836 5.768 5.72S 5.719 5.713 5.707 5.701 5.695 $.689
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Die Rückgratkurve und die Schar der Parabelkurven können proportional vergrößert werden, um die Reflektoroberfläche größer zu gestalten, wenn Betrieb mi ^konstanter Lichtstrahlbreite unterhalb 2 GIIz gewünscht wird. Zusätzlich sind die Ränder des Reflektors abhängig von der Strahlbreite der elektromagnetischen Strahlungsquelle, die auf den Reflektor abstrahlt, geformt, um die Antennennebenkeulen abzustimmen wie auch den übertragungsfaktor des Systems und die Strahlbreite, wie dies in der einschlägigen Technik bekannt ist. In zahlreichen Gestaltungen von Antennensystemen mit Reflektoren ist die die Strahlung auf den Reflektor richtende Strahlungsquelle nicht im Brennpunkt des Reflektors angeordnet sondern gegenüber diesela versetzt, um Störungen des Musters durch die Strahlungsquelle so klein wie möglich zu halten. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wurde die elektromagnetische Strahlungsquelle 11 an einen Punkt 10.629" unterhalb des Reflektors 10 angeordnet, wie dies die Fig. 2 zeigt. Die Strahlungsquelle 11 zielt nach oben und ist aus Gründen der Vereinfachung des Aufbaus stationär, während der Reflektor 1O um die Strahlungsquelle herum drehbar ist. Dies läßt sich aus dem Grunde durchführen, da, wie an früherer Stelle der Beschreibung erwähnt, die elektromagnetische Strahlungsquelle 11 ein kreisförmiges Muster abstrahlt, so daß bei der Drehung des Reflektors keine Veränderungen auftreten. Außerdem ist die Polarisation der Strahlungsquelle 11 kreisförmig bei diesem Ausführungsbeispiel, so daß, wenn der Reflektor 10 sich um die Strahlungsquelle 11 dreht, die Feldvektororientierung erhalten bleibt. Für den Fachmann sei noch vermerkt, daß die Größe der Versetzung der Strahlungsquelle 11 verändert werden kann wie auch die Polarisation, und zwar in
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Abhängigkeit von den Gestaltungskriterien des Antennensystems, obgleich dennoch ein Reflektor gemäß der Erfindung eingesetzt wird.
Bei einer Stellungsveränderung der elektromagnetischen Strahlungsquelle 11 aus der in Fig. 2 gezeigten Lage für das spezielle Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hier beschrieben ist, ändert sich die Fläche des Reflektors 10. Um die neue Fläche berechnen zu können, werden die Koordinaten der Rückgratkurve aus der Tabelle 1 zunächst durch die Brennweite des beschriebenen Reflektors geteilt, welche 10.629 " ist. Diese normalisierten Koordinaten sind in der folgenden Tabelle 12 aufgeführt.
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8*
Tabelle 12
X. ■ Χ 24621
1.0814748 1.34218
1.0150528 1.32120
0.9515473 1.29862
0.8907702 1.27472
0.8329097
0.7777775
0.7253737 ]
0.6756042 ]
0.6282809
0.5834978
0.5409726
0.5007995
0.4627903
0.4268509 Ι. 24979
0.3928872 I. 22401
0.3609934 L. 19748
0.330887 1.17029
0.3024742 1.14262
0.275849 [.11459
0.2509172 1.08618
0.2273966 .05758
0.2054755 i02879
0.1849656 1.00000
0.1657728 0,97102
0.1478972 0.94214
0.1312446 0.91335
0.1158151 0.88465
0.1014206 0.85615
0.0882491 0.82783
0.0760184 0.79970
0.0648226 0.77194
0.0545676 0.74438
0.0453476 0.71719
0.0369743 0.69038
0.0294477 0.66384
0.0228619 0.63778
0.0170288 0.61200
0.0121366 0.58651
0.0079969 0.56148
0.0047041 0.53674
0.0022579 0.51238
0.0006585 0.48829
0.0003763 0.46467
0 0.44134
0.41838
0.39571
0.37341
0.35149
0.32985
0.30850
0.28742
0.26672
0.
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Die normalisierten Koordinaten der Tabelle 12 werden dann mit der für die neue Antenne gewünschten Brennweite in Zoll multipliziert, um für deren Reflektor die Koordinaten der Rückgrat kurve zu bestimmen. Für die Berechnung der Koordinaten der übrigen Punkte der Reflektorfläche sind die Koordinaten^werte der Tabellen2 bis 11 zu multiplizieren mit dem Verhältniswert aus der gewünschten neuen Brennweite zu der ursprünglichen Brennweite. Außerdem werden die Ränder des neuen Reflektors entweder gedehnt oder zusammengezogen, was für den Fachmann ohne Schwierigkeiten möglich ist, womit eine geringe Frequenzempfindlichkeit, der Reflektorübertragungsfaktor, die Strahlbreite und die Nebenkeulen des neuen Antennensystems bestimmt werden.
Die vorstehende Beschreibung stellt ohne einschränkende Wirkung auf den Umfang der Erfindung nur ein spezielles Ausführungsbeispiel dar, das in Einzelheiten variiert werden kann, ohne daß der Rahmen der Erfindung dadurch verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, die als orthogonal zu der Rückgratkurve angegebene Kurvenschar für die Bestimmung der Reflektorobe flächenpunkte nicht als Parabeln zujijestalten, ja nicht einmal gekrümmt, denn sie können sogar gerade sein.
Mit der Erfindung ist ein Universal-Antennenreflektor beschrieben, der unabhängig von der Frequenz einer gegen den Reflektor abgestrahlten elektromagnetischen Welle diese mit konstanter Strahlbreite aussendet. Die Ausbreitungsform mit konstanter Strahlbreite ist nur durch die spezielle Antenne bestimmt, von der die elektromagnetischen Wellen gegen den Reflektor abgestrahlt werden. Der Reflektor ist mit Hilfe einer Kurvenschar beschrieben, deren
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räumliche Mitten auf einer besonderen Haupt- oder Rückgra tkurve liegen über die sie verteilt sind sowie dazu in orthogonalen Abendn 1i egen.
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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE
1.1 Reflektoroberfläche für eine Antennenanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch eine erste Kurve bestimmt ist, die durch Multiplizieren der in folgender Tabelle aufgeführten ka rtesischen Koordinatenpunkte mit der Brennweite des Reflektors in Zoll erhalten wird
Tabelle 12
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709832/0652 ORIGINAL INSPECTED
- *¥-- Y ι 1.37520 inches Tabelle 12 1.36100 X 1.34218 1.2208106 inches 1.32120 1.1505312 1.29862' 1.0814748 1.27472 1,0150528 1.24979 0.9515473 1.22401 0.8907702 1.19748 0.8329097 I.17029 0.7777775 1.14262 0.7253737 1.11459 0.6756042 1.08618 0.6282809 . 1.05758 0.5834978 1.02879 0.5409726 1.00000 0.5007995 - 0.97102 0.4627903 0.94214 0*4268509 0.91335 Ό. 3928872 0.88465 0.3609934 0.85615 0.330887 0.82783 0.3024742 0.79970 0.275849 0.77194 0.2509172 0.74438 0.2273966 0.71719 0.2054755 0.69038 0.1849656 0.66384 0.1657728 0.63778 0.1478972 0.61200 0.1312446 0.58651 σ. 1158151 0.56148 0.1014206 0.53674 0.0882491 0.51238 0.0760184 0.48829 0.0648226 0.46467 0.0545676 0.44134 0.0453476 0.41838 0.0369743 0.39571 0.0294477 0.37341 0.0228619 0.35149 0.0170288 0.32985 0.0121366 0.30850 0.0079969 0.28742 0.0047041 0.26672 0.0022579 0.24621 0.0006585 0.0003763 0
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wobei die Brennweite des Reflektors der Abstand in Zoll von einer Strahlungsquelle ist, die auf den Reflektor abstrahlt, bis zum Mittenpunkt der ersten Kurve, während die übrigen Flächenpunkte der Reflektoroberfläche durch eine Kurvenschar bestimmtsind , von der jede Kurve in ihrer eigenen Ebene liegt und die Mittelpunkte jeder Kurve mit jeweils einem Punkt der ersten Kurve zusammenfallen, während die die Kurven der Kurvenschar enthaltenen Ebenen orthogonal auf der die erste Kurve enthaltenden Ebene stehen, so daß die Antennenreflektorfläche eine konstante Strahlbreite für jede
en Frequenz der auf die Reflektorfläche abgegeben Strahlung erzeugt.
2. Antennenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kurve der Kurvenschar parabelförmig ist.
3. Antennenreflektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Brennweite von 10.629 Zoll und kartasische Koordinaten für die Reflektoroberfläche gemäß den Tabellen 1 bis 11 der Beschreibung, wobei die Ränder der Reflektorfläche abhängig von der angestrebten
Strahls
Strahlbreite des vom Reflektor reflektierten ausgeweitet oder zusammengezogen werden.
4. Antennensystem mit einem Reflektor und einer Strahlungsquelle, die ihre Energiestrahlung auf den Reflektor richtet, dessen Oberfläche durch eine erste Kurve definiert ist, welche durch Multiplikation aller der in nachfolgender Tabelle aufgeführten ka rtedisischen Koordinatenwerte mit der Brennweite im Zoll des Reflektors bestimmt ist
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709832/0652
Tabelle
1.2208106 inches 1.1505312 1.0814748 1.0150528 0.9515473 0.8907702 0.8329097 0.7777775 0.7253737 Ό. 6756042 0.6282809 0« 5834978 0.5409726 0*5007995 0.4627903 0.4263509 0.3928872 0.3609934 0.330887 0.3024742 0.275849 0.2509172 0.2273966 0.2054755 0.1849656 0.1657728 0.1478972 0.1312446 0.1158151 0.1014206 0.0882491 ..
0.0760184 0.0648226 0.0545676 0.0453476 0.0369743 0.0294477 0.0228619 0.0170288 0.0121366 0.0079969 0.0047041 0.0022579 0.0006585 0.0003763
1.37520 inches 1.36100 1.34218 1.32120 1.29862 ι. 27472 1.24979
I. 22401 1.19748 ί. 17029 ι. 14262, 1.11459 1.08618 1.05758 !»02879 1.00000 1.97102 0.94214 0.91335 , 0.88465 0.85615 0.82783 0,79970 0.77194 0.74438 0.71719 ,0.69038 0.66384 0.63778 0.61200 0.Ö8651 0.56148 0.53674 , 0.51238 0.48829 0.46467 0.44134 Ο*41838 0.39571 0.37341 0.35149 0.32985 0.30850 0.28742 0.26672 0.24621 ,
709832/0652 - 31 -
wobei die Brennweite des Reflektors 10.629 Zoll beträgt und der übrige Flächenbereich des Reflektors durch eine Kurvenschar bestimmt ist, von denen jede Kurve in einer eigenen Ebene liegt, die auf der Ebene der ersten Kurve senkrecht stehen, und die Mittelpunkte der Kurven der Kurvenschar mit jeweils einem Punkt der ersten Kurve zusammenfallen, so daß die Antennenreflektorfläche einen Strahl mit konstanter Breite bei Bestrahlung der Reflektoroberfläche mit beliebiger Frequenz abgibt.
5. Antennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Reflektorfläche 10.629 Zoll beträgt und die Kurven der Kurvenschar Parabeln sind, deren kartesische Koordinatenwerte den Tabellen 2 bis 11 der Beschreibung zu entnehmen sind.
6. Antennensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Strahlbreite des vom Reflektor reflektierten Musters und vom Frequenzbereich, über den eine konstante Strahlbreite erzielt werden soll, die Ränder der Reflektorfläche ausgedehnt oder verkleinert werden.
7. Antennensystem nach Anspruch 6, dadurch aekennzeichnet, daß die
diesen den Reflektor bestrahlende Strahlungsquelle mit in jeder Richtung
gerichteter Strahlungsenergie bestrahlt.
8. Antennensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle zirkulär polarisierte elektromagnetische Energie abstrahlt.
709832/0652
DE2702677A 1976-02-05 1977-01-24 Reflektorantenne Expired DE2702677C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/655,344 US4016570A (en) 1976-02-05 1976-02-05 Constant beam width antenna reflector

Publications (2)

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