DE2715796A1

DE2715796A1 - Antennenanordnung, insbesondere cassegrain-antennenanordnung, und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2715796A1
Application number: DE19772715796
Authority: DE
Inventors: Anton Brunner; Erwin Kress; Uwe Leupelt; Wolfgang Rebhan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE2715796C2

Description

Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung,
und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung, bestehend aus einem Hauptreflektor, einem vorzugsweise durch einen Hornstrahler gebildeten, vorgezogenen Primärspeisestrahler und einem davor angeordneten Subreflektor, der mittels einer den Primärspeisestrahler umhüllenden Kunststoffhaube gehalten ist.
Bei Mehrreflektorantennen, z.B. Cassegrain-Antennen, besteht das konstruktive Problem, den im Verhältnis zum Hauptreflektor kleinen Subreflektor vor dem Primärspeisestrahler in einer definierten Lage anzuordnen und dort auch zu halten. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den Subreflektor als eigenes, getrenntes Bauteil aufzubauen und mittels großer Stützen am Hauptreflektor oder mittels kleinerer Stützen am Primärspeisehornstrahler abzustützen. Durch derartige stangenförmige Abstützungskonstruktionen entstehen aber unerwünschte Abschattungs- und Streuungseffekte der elektromagnetischen Strahlung.
In den "Nachrichtentechnischen Fachberichten n Band 45, 1972, "Antennen", VDE-Verlag Berlin-Charlottenburg, Seiten 110 bis 115 ist eine Cassegrain-Antenne beschrieben, deren ebenfalls ein eigenes Bauteil darstellender Subreflektor mittels einer kegelstumpfförmigen, den Speisehornstrahler umhüllenden Dünnschicht-Kunststoffhaube konventioneller Bauart am Primärspeisesystem abgestützt wird. An der größeren Öffnung dieser Kunststoffhaube ist der Subreflektor befestigt, während an der kleineren Öffnung die Befestigung der Haube am Primärspeisesystem erfolgt. Die Verwendung einer derartigen konventionellen, auf beiden Seiten offenen Kunststoffhaube zur Subreflektorabstützung ist aber schon deswegen verhältnismäßig aufwendig, weil sowohl mehrere einzelne, vor der Herstellung aufeinander abzustimmende Bauteile erforderlich sind als auch geeignete Maßnahmen zu deren baulicher Verbindung getroffen sein müssen, was insbesondere wegen der exakt vorgeschriebenen Lage des Subreflektors meist eine eigene Justiereinrichtung zwischen dem Subreflektor und der Kunststoffhaube notwendig macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine demgegenüber konstruktiv weniger aufwendige Befestigungsmöglichkeit für den Subreflektor zu schaffen, welche außerdem eine verhältnismäßig einfache Herstellung gewährleistet. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kunststoffhaube die Gestalt einer Flasche oder eines Topfes aufweist, deren bzw. dessen Bodenfläche die Form des vorgesehenen Subreflektors hat und mit einer Metallisierungsschicht versehen ist, so daß der durch die Metallisierungsschicht gebildete Subreflektor und die Kunststoffhaube eine bauliche Einheit bilden, und daß die Befestigung dieser Einheit an der Öffnungsseite der Kunststoffhaube erfolgt.
Die Verwendung konventioneller Dünnschicht-Kunststoffhauben zur Halterung des Subreflektors fuhrt aufgrund dort benutzten Materials und der damit zwangsläufig verbundenen hohen Dielektrizitätskonstanten zu Reflexionen, Verlusten und Belegungsverzerrungen. Eine demgegenüber erheblich geringere Beeinflussung des Strahlengangs wird erreicht, wenn die gesamte entsprechend der Erfindung ausgebildete Kunststoffhaube ein Schaunkörper mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten und mit geringen Verlusten ist. Als Material eignet sich beispielsweise sogenannter Polyurethan-lategralschaum, der durch Schäumung in einer geschlosse- nen Form gebildet wird, so daß harte Außen- und weichere Innenschichten entstehen. Der Vorteil dieses Integralschaums ist neben den günstigen elektrischen Eigenschaften die hohe mechanische Festigkeit, weil aufgrund der relativ harten AuBenschichten ein sandwichartiger Aufbau entsteht.
Zur Erzeugung der flaschen- oder topfförmigen Kunststoffhaube wird der sich zwischen einer Innen- und einer Außenform befindliche Raum ausgeschäumt, wobei vorher flüssiges Metall auf den die innere Bodenfläche der Haube ausbildenden Bereich der Innenform gesprüht wird. Nach der Ausschäumung des Raums zwischen der Innen- und der Außenform haftet die Metallschicht nach einer geeigneten Vorbehandlung der Innenform nicht mehr auf der Form, sondern auf dem Schaumkörper. Dieses Herstellungsverfahren hat den Vorteil, daß die Vorderseite der Metallisierung, die den Subreflektor bildet, sehr glatt ist, während die rauhere Rückseite der Metallisierung für eine gute Haftung auf dem Schaumkörper sorgt. Das umgekehrte Verfahren der nachträglichen Metallisierung eines Kunststoffgebildes würde eine rauhe Außenfläche und eine schlechtere Haftung auf dem glatten Kunststoffgebilde aufweisen.
Wird eine teilbare Innenform verwendet, deren einzelne Teile sich nacheinander aus der Öffnung der fertig geschäumten Kunststoffhaube entnehmen lassen, so läßt sich die gesamte flaschenförmige Kunststoffhaube in einem einzigen Arbeitsgang herstellen.
Wird dagegen eine nichtteilbare Innenform verwendet, die nach einer Abtrennung der metallisierten Bodenfläche vom übrigen Teil der Kunststoffhaube als ganzes entnommen wird, so muß nach dem Herausnehmen der Innenform die metallisierte Bodenfläche und der übrige Teil der Kunststoffhaube wieder zusammengesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Schäumung der Haube in zwei Hälften. Durch eie Längsteilung der Haube entstehen zwei symmetrische Hälften die mit einer Form hergestellt und nachträglich zusammengesetzt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Anordnung einer rotationssymmetrisch aufgebauten Cassegrain-Antenne nach der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht, Fig. 2 einen Ausschnitt der Anordnung nach Fig. 1 zur Erklärung einer Optimierungsvorschrift für die Kunststoffhaubengestalt, und Fig. 3 einen Strahlenverlauf an einem Wandabschnitt der Kunststoffhaube nach der Erfindung zur genaueren Erklärung der physikalsichen Gegebenheiten bei der Ableitung der Optimierungsvorschrift für die Kunststoffhaubengestaltung.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Seitenansicht die Anordnung einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten, rotationssymmetrisch ausgelegten Cassegrain-Antenne dargestellt. Durch den Scheitel eines im wesentlichen parabolischen Hauptreflektors 1 ist eine als Hohlleiter 2 ausgebildete Zuführung zu einem Primärhornstrahler 3 geführt. Der Hohlleiter 2 ist bis kurz vor seiner Aufweitung zum Hornstrahler 3 von einem am Hauptreflektor 1 befestigten Tragrohr 4 umgeben, das zum einen dem mechanischen Schutz des Hohlleiters 3 dient. Zum anderen ist an einem Flansch 5 des Tragrohrs 4 mit ihrer Öffnungsseite 6 eine flaschenförmige Kunststoffhaube 7 befestigt, welche den Hornstrahler 3 in ihrem Inneren aufnimmt. Die Bodenfläche 8 dieser flaschenfdrmigen Kunststoffhaube 7 ist an ihrer Innenseite mit einer Metallisierungsschicht 9 versehen. Diese Metallisierungsschicht 9 bildet den im wesentlichen hyperbolischen Subreflektor, wozu die Bodenfläche 8 entsprechend der Form des geforderten Subreflektors gestaltet ist. Die vorzugsweise aus Polyurethan-Integralschaum bestehende Kunststoffhaube 7 mit der als Subreflektor wirksamen Metallisierungsschicht 9 wird in zweckmäßiger Weise entsprechend dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellt.
Die Montage der Kunststoffhaube 7 braucht nicht unbedingt am festgelegten Flansch 5 des Tragrohrs 4 zu erfolgen, sondern kann auch entsprechend der Anordnung nach Fig. 2 vorgenommen werden.
Das dort gezeigte Tragrohr 18 weist keinen Flansch auf, so daß eine axiale Justiermöglichkeit der Kunststoffhaube 7 und damit des durch die Metallisierungsschicht 9 dargestellten Subreflektors gegeben ist.
Die Form und die Dicke der nichtmetallisierten Teile der Kunststoffhaube 7 lassen sich optimieren. Zur Erklärung dieser Optimierungsvorschriften dienen die Figuren 2 und 3. Die Form der Kunststoffhaube 7 kann beispielsweise so gestaltet sein, daß der Winkel azwischen den an der Metallisierungsschicht 9 (Subreflektor) reflektierten Strahlen 10, 11, 12 und der jeweiligen Flächennormalen 13, 14, 15, konstant ist. In diesem Fall kann eine konstante Dicke d für die flaschenförmige Kunststoffhaube 7 so gewählt werden, daß sich die Reflexionen an den Grenzschichten 19 und 20 kompensieren. Unter der Annahme, daß zwei diskrete Reflexionsgrenzschichten 19 und 20 vorhanden sind, zwischen denen Luft ist, wäre eine Kompensation dieser Reflexionen gegeben, wenn bei zwei angenommenen Strahlen 16 und 17 (Fig. 3) bestimmte Weglängenunterschiede bestehen: 2s1 - s2 = (2k-1) In diesen Gleichungen bedeuten im einzelnen: die Weglänge des Strahls 17 zwischen der Auftreffstelle 23 auf die Schicht 20 und der Reflexionsstelle 21 an der Schicht 19; die Weglänge des Strahls 16 zwischen dem Schnittpunkt 24 und dem Auftreffpunkt 22 auf der Schicht 20; A die Wellenlänge; d der Abstand zwischen der Außenseite der Schicht 20 und der Innenseite der Schicht 19; oc der Winkel zwischen dem Strahl 17 und der Normalen an der Reflexionsstelle 21 an der Schicht 19; k eine ganze Zahl, z.B. 1.
Integraler Polyurethanschaum entspricht jedoch wegen seines allmählichen obergangs von der höheren Schaumdichte an der Oberfläche zu einer niedrigeren Dichte im Inneren, wie an der Stelle 25 der Kunststoffhaube 7 in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist, nicht genau diesem vereinfachten Optimierungsmodell. Eine genaue BerUcksichtigung der wirklichen Struktur, z.B. eine experimentelle Optimierung, führt jedoch nur zu einem quantitativ veränderten Ergebnis. Eine Reflexionsminimierung durch eine bestimmte konstante Dicke und eine bestimmte Formgebung der Haube ist in 3edem Falle möglich.
Wenn der konstante Einfallswinkel aüber die Fläche nicht realisiert werden kann, so läßt sich eine Kompensation der Reflexion durch eine sich ändernde, dem jeweiligen Einfallswinkel angepaßte Dicke d der Kunststoffhaube erzielen.
Durch die Dicke des Schaumkörpers bietet sich die Möglichkeit als Metallisierungsschicht Gitterstrukturen in bestimmtem Abstand zum Subreflektor zur Erzeugung oder Unterdrückung bestimmter Polarisationen anzubringen. So kann eine durchgehende Metallisierungsschicht auf der Außenseite der Bodenfläche der flaschen- oder topfförmigen Kunststoffhaube angebracht sein, während die Innenseite dieser Haube zusätzlich eine aus einer Vielzahl zumindest angenähert parallel verlaufender gerader oder gebogener Streifen bestehende Metallisierungsschicht aufweist.
Beispielsweise kann auch die Metallisierungsschicht aus einer Vielzahl parallel verlaufender Streifen bestehen.
14 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung, bestehend aus einem Hauptreflektor, einem vorzugsweise durch einen Hornstrahler gebildeten, vorgezogenen Primärspeisestrahlerund einem davor angeordneten Subreflektor, der mittels einer den Primärspeisestrahler umhüllenden Kunststoffhaube gehalten ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Kunststoffhaube (7) die Gestalt einer Flasche oder eines Topfes aufweist, deren bzw. dessen Bodenfläche (8) die Form des vorgesehenen Subreflektors hat und mit einer Metallisierungsschicht (9) versehen ist, so daß der durch die Metallisierungsschicht (9) gebildete Subreflektor und die Kunststoffhaube (7) eine bauliche Einheit bilden, und daß die Befestigung dieser Einheit an der Offnungsseite (6) der Kunststoffhaube (7) erfolgt.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoffhaube (7) ein Schaumkörper mit niedriger Dielektrizitätskonstante und geringen Verlusten ist.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h die Verwendung von sogenanntem Polyurethan-Integralschaum, der durch Schäumung in einer geschlossenen Form gebildet wird, so daß harte Außen- und weichere Innenschichten entstehen.
4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gestalt der nichtmetallisierten Bereiche der Kunststoffhaube (7) 80 ausgebildet ist, daß der Winkel (a) zwischen den am Subreflektor reflektierten Strahlen (10, 11, 12) und den Flächennormalen (13, 14, 15) an den jeweiligen Strahlendurchdringungsstellen an der Kunststoffhaube (7) konstant ist, und daß die Materialstärke (d) der Kunststoffhaube (7) in diesen Bereichen überall gleich ist.
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Materialstärke (d) der Kunststoffhaube (7) in den nichtmetallisierten Bereichen in Abhängigkeit vom jeweiligen Einfallswinkel () der am Subreflektor reflektierten Strahlen (16, 17) auf die Kunststoffhaube (7) geändert ist.
6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoffhaube (7) mit ihrer Öffnungsseite (6) auf einem die Primärstrahlerzuleitung (2) umfassenden Tragrohr (4) oder direkt auf der starren Primärstrahlerzuleitung (2), die auch Hohlleiterbauteile enthalten kann, befestigt ist.
7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Befestigungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß die Kunststoffhaube (7) in Axialrichtung verschiebbar ist.
8. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallisierungsschicht (9) aus einer Vielzahl parallel verlaufender Streifen (Gitterstruktur) besteht.
9. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metallisierungsschicht (9) auf der Innenseite der Bodenfläche (8) der Kunststoffhaube (7) angebracht ist.
10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine durchgehende Metallisierungsschicht auf der Außenseite der Bodenfläche (8) der Kunststoffhaube (7) angebracht ist und daß deren Innenseite zusätzlich eine aus einer Vielzahl zumindest angenähert parallel verlaufender gerader oder gebogener Streifen bestehende Metallisierungsschicht (Gitterstruktur) aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Antennenanordnung nach Anspruch 2 und einem der anderen vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzeugung der Kunststoffhaube (7) der sich zwischen einer Innen- und einer Außenform befindliche Raum ausgescnäumt wird, wobei vorher flüssiges Metall auz den die innere Bodenfläche der Haube ausbildenden Bereich der Innenform gesprüht wird und wobei eine geeignete Vorbehandlung der Innenform getroffen ist, so daß nach dem Ausschäumvorgang die Metallschicht auf dem Schaumkörper und nicht mehr auf der Form haftet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine teilbare Innenform verwendet wird, deren einzelne Teile sich nacheinander aus der Öffnung der fertig geschäumten Kunststoffhaube entnehmen lassen, so daß sich die gesamte Kunststoffhaube in einem einzigen Arbeitsgang herstellen läßt.
13. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine nichtteilbare Innenform verwendet wird, die nach einer Abtrennung der metallisierten Bodenfläche vom übrigen Teil der Kunststoffhaube entnommen wird, und daß nach dem Herausnehmen der Innenform die metallisierte Bodenfläche und der übrige Teil der Kunststoffhaube wieder zusammengesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Schäumung der Kunststoffhaube in zwei symmetrischen Hälften erfolgt, wobei die beiden Teile mit einer Form hergestellt und nachträglich zusammengesetzt werden.