DE2715796C2 - Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung, und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung, bestehend aus einem Hauptreflektor, einem vorzugsweise durch einen Hornstrahler gebildeten, vorgezogenen Primärspeisestrahlcr und einem davor angeordneten Subreflektor, der mittels einer den Primärspeisestrahler umhüllenden Kunststoffhaube gehalten ist, welche die Gestalt einer Flasche oder eines Topfes aufweist, deren bzw. dessen Bodenfläche die Form des vorgesehenen Subreflekiors hat und mit einer Metallisierungsschicht versehen ist, so daß der durch die Metallisierungsschicht gebildete Subreflekior und die Kunststoffhaube eine bauliche Einheit bilden, deren Befestigung an der Öffnungsseitc der Kunststoffhaube erfolgt.

Bei Mehrreflektorantenncn, z. B. Cassegrain-Antennen, besteht das konstruktive Problem, den im Verhältnis zum Hauptrcflektor kleinen Subreflekior vor dem Primärspeisestrahler in einer definierten Lage anzuordnen und dort auch zu halten. In diesem Zusammenhang ist 2S bekannt, den Subrcflcktor als eigenes, getrenntes Bauteil aufzubauen und mittels großer Stützen am Hauptrcflektor oder mittels kleinerer Stützen am Primärspeischornstrahlcr abzustützen. Durch derartige stangcnförmige Abstülzungskonstruktionen entstehen aber unerwünschte Abschaltungs- und Streuungseffekte der elektromagnetischen Strahlung.

In den »Nachrichtcntcchnischc Fachbcrichie« Band 45, 1972, »Antennen«, VDF.-Vcrlag Bcrlin-Charlottcnburg. Seilen 110 bis 115 ist eine Cassegrain-Antenne beschrieben, deren ebenfalls ein eigenes Bauteil darstellender .Subreflektor mittels e,^: -.er kegclstumpfförmigen, den Speisehornsirahler umhüllenden Dünnschicht-Kunststoffhaube konventioneller Bauart am Primärspeisesystem abgestützt wird. An der größeren Öffnung dieser Kunststoffhaubc ist der Subreflektor befestigt, während an der kleineren Öffnung die Befestigung der I laube am Primärspeisesystem erfolgt. Die Verwendung einer derartigen konventionellen, auf beiden Seiten offenen Kunststoffhaube zur Subreflektorabslützung 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 l.agc des Subreflektors meist eine eigene Justiereinrichtung zwischen dem Subreflektor und der Kunststoffhaube notwendig macht.

Aus der US-PS 35 30 480 ist eine Cassegrain-Antenne bekannt, deren Subreflektor mittels einer die Öffnung des Primärstrahlerhorns umhüllenden dielektrischen Haube gehalten wird. Diese dielektrische Haube ist an einem Ende am Primärspciscsysiem gehalten und am anderen Ende mit einem ebenfalls aus dielektrischem Material bestehenden Deckel abgeschlossen, der die Form des erforderlichen Subreflektors aufweist und aluminisiert ist. Die dielektrische Haube und der ais Subreflektor wirkende aluminisicric Deckel bilden eine einzige strukturelle Einheit. Als dielektrisches Material

für die Haube und deren Deckel wird dabei Glusfibermaterial uder ein ähnliches Maierial verwende!. Derartige Materialien benöligen /war zur Erzielung einer erforderlichen Festigkeil der Subreflektorhalterung eine verhältnismäßig geringe Dicke, führen aber wegen der zwangsläufig damit verbundenen hohen Dielektrizitätskonstanten zu erheblichen Reflexionen, Verlusten und damit Belegungsverzerrungen in der Aniennenapcrtur.

Aufgabe der Frfindung ist es, eine Subreflektorhalterung zu schaffen, die demgegenüber den Strahlengang erheblich geringer beeinflußt, dabei aber eine verhältnismäDig einfache Herstellung gewährleistet. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kunstsioffhaube ein Schaumkörper aus sogenanntem Polyurethan-Integralschaum ist, der durch Schäumung in einer geschlossenen Form gebildet wird, so daß harte Außen- und weichere Innenschichlen entslehen. Ein solcher Schaumkörper weist eine erheblich niedrigere Dielektrizitätskonstante und geringere Verluste als eine mit Glasfibern verstärkte Kunstsioffhaube auf. Neben diesen günstigen elektrischen Eigenschaften, welche zu einer weitaus geringeren Beeinflussung und damit Beeinträchtigung des .Strahlengangs führen, ergibt sich aufgrund der Verwendung eines solchen Integralschaums für die dielektrische Haube auch eine hohe mechanische Festigkeit, weil aufgrund der relativ harten Außenschichten ein sandwicharliger Aufbau entsteht.

Zur Erzeugung der flaschen- oder lopfiörmigcn Kunststoffhaube wird der sich zwischen einer lnncn- und einer Außenform befindliche Raum ausgeschäumi, wobei vorher flüssiges Metall auf den die innere Bodenfläche der Haube ausbildenden Bereich der Innenform gesprüht wird. Nach der Ausschäumung des Raums /wischen 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 Subrcflektor bildet, sehr glatt ist, während die rauhere Rückseite der Metallisierung für eine gute I laftung auf dem Schaumkörper sorgt. Das umgekehrte Verfahren der nachträglichen Metallisierung eines Kunststoffgebildes würde eine rauhe Außenfläche und eine schlechtere Haftung auf dem gluten Kunststoffgcbilde aufweisen.

Wird eine teilbare Innenform verwendet, deren einzelne Teile sich nacheinander aus der Öffnung der fertig geschäumten Kunjtstoffhaube entnehmen lassen, so läßt sich die gesamte flaschenförmige Kunststoffhaube in einem einzigen Arbeitsgang herstellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. I die Anordnung einer rotationssymmetrisch aufgebauten Cassegrain-Antenne nach der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht,

F i g. 2 einen Ausschnitt der Anordnung nach Fig. I zur Erklärung einer Optimierungsvorschrift für die Kunststoffhaubengcstalt, und

F i g. 3 einen Strahlenverlauf an einem Wandabschnitt der Kunststoffhaube nach der Erfindung zur genaueren Erklärung der physikalischen Gegebenheiten bei der Ableitung der Opiimicrungsvorschrift für die Kunststoff haubengestallung.

In Fig. I ist in ciiier schematischen Seitenansicht die Anordnung einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten, rotationssymmetrisch ausgelegien Cassegrain-Antenne dargestellt. Durch den Scheitel eines im weseniliehen parabolischen Hauptrefleklors I ist eine als Hohlleiter 2 ausgebildet Zuführung /u einen , Primärhornsirahler 3 geführt. Der llohlleiicr 2 ist bis kurz vor seiner Aufwcitiing zum Hornstrahler 3 von einem am Hauptreflektor 1 befestigten Tragrohr 4 umgeben, das zum einen dem mechanischen Schul/ des Hohlleiiers 3 dient. Zum anderen isl an einem Flansch 5

in des Tragrohrs 4 mit ihrer Öffnungsseite 6 eine flaschenförmige Kunststoffhaube 7 befestigt, welche den Hornstrahler 3 in ihrem Inneren aufnimmt. Die Bodenfläche 8 dieser flaschenförmigen Kunstsioffhaube 7 ist an ihrer Innenseite mit einer Metallisiemngssehicht

ι , 9 versehen. Diese Metallisierungsschicht 9 bilde! den im wesentlichen hyperbolischen Subreflektor, wo/u die Bodenfläche 8 entsprechend der Form des geforderten Subreflektors gestaltet ist. Die aus Polyurclhan-lnlcgralschaum besichende Kunststoffhaube 7 mil der als

.mi Subreflektor wirksamen Meiallisicrungsschicht 9 wird in zweckmäßiger Weise entsprechend dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellt

Die Montage e'er Kunststoffhaube 7 braucht nicht unbedingt am festgelegten Flansch 5 des Tragrohrs 4 zu

ji erfolgen, sondern kann auch entsprechend der Anordnung nach F i g. 2 vorgenommen werden.

Das :iorl gezeigte Tragrohr 18 weist keinen Flansch auf, so daß eine axiale |ustiermöglichkeil der Kunststoffhaube 7 und damit des durch die Metallisierungs-

vi schicht 9 dargestellten Subreflektors gegeben ist.

Die Form und die Dicke der nichtmcfallisicrtcn Teile der Kunstsioffhaube 7 lassen sich optimieren. Zur Erklärung dieser Oplimierungsvorschriften dienen die Fig. 2 und 3. Die !-orm der Kunststoffhaube 7 kann

r. beispielsweise so gestaltet sein, daß der Winkel /\ zwischen den an der MetHllisicrungsschicht 9 (Subreflektor) reflektierten Strahlen 10, II, 12 und der jeweiligen Flächennormalen 13, 14, 15, konstant isl. In diesem Fall kann eine konstante Dicke d für die

in flaschenförmige Kunstsioffhaube 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 r. dieser Reflexionen gegeben, wenn bei zwei angenommenen Strahlen 16 und 17 (Fig. 3) bestimmte Weglängenunterschiede bestehen:

<2A

"τ·

ti. h.

oiler

2 ι/ Ιμ ü sin u

(2A- I) ■ y

(2A- 1 ;

In diesen Gleichungen bedeuten im einzelnen:

Si die Weglänge des Strahls 17 zwischen der Auftreffstelle 23 auf die Schicht 20 und der

Rcflexionsstcllc21 an der Schicht 19:
.ϊ.> die Weglänge des Strahls 16 /wischen dem Schnittpunkt 24 und dem Auftreffpunkt 22 auf der

Schicht 20:
t. die Wellenlänge;

(/ der Abstund /wischen der Außenseite der Schidll

20 und der Innenseile der Schicht IS;
\ der Winkel /wischen dem Strahl 17 und der Normalen an der Rcflcxionsslelle 21 an der Schicht

19;
k eine ganze /aiii./. I). I.

liitegralei l'olyiircthanschauin entspricht jedoch wegen seines allmählichen I Ibergangs von der höheren Sehaiimdiehle an der Oberfläche /u einer niedrigeren π Dichte im Inneren, wie an der Stelle 25 der Kunsistoffhaiibe 7 in Ii g. ! im ein/einen dargestellt ist. Mk nt genau diesem vereinfachten Optimicriingsniodell. I ine gen, ine Uerucksichligiing der wirklichen Srukiur. / U. eine experimentelle Optimierung, fi'ilirl ledoi'h nur ι < /Ii einem quantitativ veränderten l'.rgebnis. I ine Keflexionsniiniinieriiiig durch eine bestimniie konsianlc I )icke iiiul eine hestimmte I ormgebiing der I laiibe ist in ledeni I ,ille moL'lich.

Wenn der konstante Kinfallswinkel λ über die I lache nicht realisiert werden kann, so lallt sich eine Kompensation der Keflexion durch eine sich ändernde, dem jeweiligen Einfallswinkel angcpaltlc Dicke </ der Kunst stoff ha übe erzielen.

Durch die Dicke des Schaumkörpcrs 'vietel sich die Möglichkeit als Melallisierungsschichl (iilterstrukturen in beslimnitem Abstand zum Siib-vfleklor zur l.r/eu gung oder Unterdrückung b'.^timmler l'olarisationen anzubringen. So kann eine durchgehende Metallisie rungsschicht auf der Außenseite der Bodenfläehe der flaschen- oder lopfförmigen Kunslsloffhaiibc auge bracht sein, während die Innenseite dieser Haube zusätzlich eine aus einer Vielzahl zumindest angenähert parallel verlaufender gerader oder gebogener Streifen lies teilende Melallisierungsschichl aufweist.

Hcispielsweise kann auch die Melallisierungsschichl aus einer Vielzahl parallel verlaufender Streifen bestehen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung, insbesondere Cassegrain-Antennenanordnung, begehend aus einem Hauptreflektor, einem vorzugsweise durch einen Hornstrahler gebildeten, vorgezogenen Primärspeisesirahler und einem davor angeordneten Subreflekior, der mittels einer den Primärspeisestrahler umhüllenden Kunststoffhaube gehalten ist, welche die Gestalt einer Flasche oder eines Topfes aufweist, deren bzw. dessen Bodenfläche die Form des vorgesehenen Subreflektors hat und mit einer Metallisierungsschicht versehen isi, so daß der durch die Metallisierungsschicht gebildete Subreflektor und die Kunststoffhaube eine bauliche Einheit bilden, deren Befestigung an der Öffnungsseite der Kunststoffhaube erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaube (7) ein Schaumkörper aus sogenanntem Polyurethan-Integralschaum ist, der durch Schäumung in einer geschlossenen Form gebildet wird, so daß harte Außen- und weichere Innenschichten entstehen.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der nichimetallisierten Bereiche der Kunststoffhaube (7) so ausgebildet ist, daß der Winke! (λ) zwischen den am Subreflektor reflektierten Strahlen (10, II, 12) und den Flächennormalen (13, 14, 15) an den jeweiligen Strahlendurchdringungsstellen an der Kunsisioffhaube (7) konstant ist, und daß die Materialstärkc (d) der Kunststoffnabe (7) in diesen Bereichen überall gleich ist.

3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstärke (d)der Kunststoffhaube^') in den nichtmetallisierten Bereichen in Abhängigkeit vom jeweiligen Einfallswinkel (<x) der am Subreflektor reflektierten Strahlen (16, 17) auf die Kunststoffhaubc (7) geändert ist.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhaube (7) mit ihrer Öffnungsseite (6) ai'f einem die Primärstrahlerzuleitung (2) umfassenden Tragrohr (4) oder direkt auf der starren Primärstrahlerzuleitung (2), die auch Hohlleiterbauleile enthalten kann, befestigt ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungsschicht (9) auf der Innenseile der Bodenfläche (8) der Kunststoffhaube (7) angebracht ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur F.rzcugung der Kunststoffhaube (7) der sich zwischen einer Inncn- und einer Außenform befindliche Raum ausgeschäumt wird, wobei vorher flüssiges Metall auf 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 mehl auf der Form haftet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß eine teilbare Innenform verwendet wird, deren einzelne Teile sich nacheinander aus der öffnung der fertig geschäumten Ktinstsloffhaiibe

entnehmen lassen, so daß sich die gesamte Kunststoffhaube in einem einzigen Arbeitsgang herstellen läßt.