DE2722373C3

DE2722373C3 - Antennensystem

Info

Publication number: DE2722373C3
Application number: DE19772722373
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1984-06-14
Also published as: GB1565870A; FR2352412A1; DE2722373B2; FR2352412B1; CA1076696A; PT66560B; JPS52140254A; IT1085084B; PT66560A; DE2722373A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweireflektor-An- M tenne für Mikrowellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Ein übliches Antennensystem für die Bodenstation eines Satelliten-Nachrichtenübertragungssystems besteht aus einer Zweireflektor-Antenne vom Cassegrain- oder Gregory-Typ mit einem Hauptreflektor, einem Hilfsreflektor und einer Primärspeisequelle, die zur Einspeisung von Mikrowellen mit der Zweireflektor-Antenne über einen Vierreflektor-Strahlwellenleiter gekoppelt ist, der zwei konkave und zwei ebene Reflektoren aufweist, welche derart angeordnet sind, daß die Zweireflektor-Antenne zusammen mit einem der ebenen Reflektoren um die Elevationsachse und zusammen mit dem Strahlwellenleiter um die Azimuthachse gedreht werden kann. In der Absicht, Verlustlei- ^M stungen des Strahls, unerwünschte Kreuzpolarisationseffekte und eine Asymmetrie des Antennenstrahls möglichst minimal zu halten, finden meist zwei rotaiionsasymmetrische konkave Farabol- oder Ellipsoid-Reflektorcn in feststehender spiegelbildlicher Be- " Ziehung zueinander sowie zwei ebene Reflektoren Verwendung, die derart ingeordnet sind, daß sie den Strahl an den Drehachsen des Antennensys'ems ohne Verzerrung rechtwinklig umlenken.

Aus »Microwave Journal«, November 1975, Seiten 51 ^M und 52. sowie aus der DE-OS 23 11 439 ist zum Beispiel ein Sende- und Empfangsantennensystem für Mikrowellen bekannt, das im wesentlichen aus einer Zweireflektor-Antenne mit einem von einem Vierreflektor-Strahlwellenleiter gebildeten Speisesystem besteht, welches ^6S einen im Sende- und Empfangsbetrieb einen rotationssymmetrischen Mikrowellenstrahl erzeugenden Hornstrahler sowie eine zwischen dem Hornstrahler und der Zweireflektor-Antenne befindliche Reflektoranordnung aus zwei ebenen und zwei rotationsasymmetrischen Ellipsoid-Reflekioren aufweist. Die Anordnung dieser vier Reflektoren ist hierbei derart getroffen, daß einer der beiden ebenen Reflektoren der Zweireflektor-Antenne zugeordnet und sowohl von der Azimuth- als auch der Elevationsbewegung der Antenne abhängig ist. während der andere ebene Reflektor dem Hornstrahler zugeordnet und zusammen mit den im Strahlengang zwischen den beiden ebenen Reflektoren liegenden, als Reflektorpaar spiegelbildlich einander gegenüberliegend angeordneten Ellipsoid-Reflektoren von der Elevationsbewegung der Antenne unabhängig ist und nur deren Azimuthbewegung folgt.

Durch diese Anordnung und Ausbildung der Reflektoren sollen im wesentlichen Beugungserscheinungen sowie Divergenzen des Mikrowellenstrahls und damit eine hohe Verlustleistung bei der Mikrowellen-Strahlführung möglichst weitgehend vermieden werden, wobei die Verwendung von Ellipsoid-Reflektoren gegenüber herkömmlichen Parabnt-Retlek: ren den Vorteil einer besseren Bündelung und Füi: . τ des Mikrowellenstrahls aufweist.

Darüberhinaus besteht allerdings weiterhin das Problem des Auftretens unerwünschter Kreuzpolarisationseffekte, die im wesentlichen darauf zurück zu führen sind, daß eine durch den dem Hornstrahler zugeordneten ersten Ellipsoid-Reflektor eingeführte Kreuzpolarisationsverzerrung der Wellen durch die in Folge der in bestimmtem Umfang unvermeidliche Divergenz des Mikrowellenstrahls an dem der Zweireflektor-Antenne zugeordneten zweiten Ellipsoid-Reflektor auftretende wesentlich größere entgegengesetzte Kreuzpolarisation überkompensiert wird, so daß keine völlige Auslöschung der kreuzpolarisierten Wellen erfolgt Dies hat nachteiligerweise zur Folge, daß in der übertragenen Hauptwelle Restkomponenten von kreuzpolarisierten Wellenanteilen verbleiben, die sich insbesondere bei Satelliten-Nachrichtenübertragungssystemen mit zweifacher Frequenzbandumsetzung durch ein duales Polarisationsschema, bei dem jeweils paarweise Signale mit einer gemeinsamen Frequenz Verwendung finden, die sich nur dadurch unterscheiden, daß sie unabhängig von einer linearen oder zirkulären Polarisation darüberhinaus orthogonale Polarisationen aufweisen, äußerst störend bemerkbar machen. Der Anteil kreuzpolarisierter Wellen erhöht sich im allgemeinen mit der Reflektorkrümmung, die wiederum eine Umkehrfunktion des Verhältnisses der Brennweite zum Reflektordurchmesser ist. Zur Verringerung der Kreuzpolarisaiion sollte daher dieses Verhältnis möglichst. groß sein, wobei jedoch der Reflektordurchmesser relativ zu der verwendeten Wellenlänge nicht beliebig klein gehalten werden kann, da andernfalls starke Beugungserscheinungen mit der nachteiligen Folge einer starken Divergenz des Mikrowellenstrahls auftreten. Obwohl der zweite Ellipsoid-Reflektor eigentlich die durch den ersten Ellipsoid-Reflektor eingeführte Kreuzpolarisationskomponente auslöschen sollte, läßt sich diese Selbstkompensation — wie vorstehend bereits erwähnt — in der Praxis nicht vollständig realisieren, da die durch Beugung bzw. Divergenz des Mikrowellenstrahls entstehenden Wellenschwingungstypen höherer Ordnung in Bezug auf den Grundschwingungstyp unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten aufweisen und somit die für eine Totalauslöschung erforderliche ebene Wellenpiiasenfront in der Mitte zwischen den beiden

Eilipsoid-Reflektorcn nicht realisierbar ist

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kreuzpolarisaiionscharakierisiik einer Zweireflektorantenne der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten An durch aktive Unterdrückung kreuzpola» S risiener Wellenanteile zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Ausgestaltung des dem Hornstrahler sowie einem der Ellipsoid-Reflektoren zugeordneten dritten Reflektors als Hyperboloid-Reflektor gelöst

Hierdurch ist vorteilhafterweise die Möglichkeit gegeben, an Stelle der zwar theoretisch möglichen, in der Praxis jedoch nicht durchführbaren natürlichen Selbstauslöschung der durch die Ellipsoid-Reflektoren ts eingeführten kreuzpolarisierten Wellenanteile nunmehr eine aktive Steuerung der Kreuzpolarisationscharakteristik des Antennensystems durchzuführen. Durch entsprechende Wahl der Kennwerte des Hyperboloid-Reflektors kann der Hauptwelle eine exakt vorgebbare Kreuzpolarisationskomponente überlagert werden. Die so Jana auf den zugeordneten E!!ip:o:d R:f!c!::or reflektierte Mikrowelle erhalt durch diesen Ellipsoid-Reflektor eine weitere Kreuzpolarisationskomponente, so daß die Kreuzpolarisations-Gesanukomponeme zs nunmehr größer als bei der alleinigen Kreuzpolarisationsverzerrung durch diesen Ellipsoid-Reflektor. wie im Falle des Standes der Technik, ist. Da die von dem zweiten Ellipsoid-Reflektor verursachte Kreuzpolarisation in der Regel größer als die allein von dem ersten J0 Ellipsoid-Reflektor eingeführte Kreuzpolarisation ist. kann die Gesamtkomponente der in die Hauptwelle eingeführten Kreuzpolarisation von dem Hyperboloid-Reflektor und dem ihm zugeordneten Ellipsoid-Reflektor derart vorgegeben werden, daß an dem zweiten JS Ellipsoid-Reflektor eine vollständige Unterdrückung bzw. Auslösung dieser Kreuzpolarisations-Gesamtkomponente erfolgt und keine restlichen kreuzpolarisierten Wellenanteile in der Hauptwelle verbleiben.

Zur Erzielung einer zusätzlichen Fokussierung des *0 Mikrowellenstrahls kann der Hyperboloid-Reflektor darüberhinaus noch eine konkave Reflexionsfläche aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich- « nung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt des Aufbaus einer herkömmlichen Zweirefiektor-Antenne mit einem von einem Vierreflektor-Strahlwellenleiter unter Verwendung zweier ebener und zweier gekrümmter Reflekto- ren gebildeten Speisesystem,

Fig.2(a) und 2(b) die innerhalb des Vierreflektor-Strahlwellenleiters gemäß Fi g. 1 durch Anwendung der klassischen strahlenoptischen Analyse zu erwartende Verteilung des elektrischen Feldes.

^F i g- 3{a), 3{b) und 3{c) die tatsächliche Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb des Vierreflektor-Strahlwellenleiters gemäß F i g. 1,

F i g. 4(a), 4(b) und 4(c) die Verteilung des elektrischen Feldes bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Vierre- « flektor-Strahlwellenleher,

Fi g. 5 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zweireflektor-Antenne für Mikrowellen und

Fig. 6 einen weiteren Längsschnitt des Ausführung»- M beispiels gemäß F i g. 5 mit einer Darstellung der auf der Basis der Wellentheorie, bestimmten gekrümmten Strahlenwege.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1. die einen Längsschnitt einer herkömmlichen Zweireflektor-Antenne für Mikrowellen mil einem von einem Vierreflektor-Strahlwellenleiter gebildeten Speisesystem zeigt, ist als Primärspeisequelle ein Hornstrahler 1 mit eine? öffnung 1 a derart angeordnet, daß sein Brennpunkt mit dem Brennpunkt F\ des Strahlwellenleiters übereinstimmt. Dieser Brennpunkt F\ ist das von einem ebenen Reflektor 2 reflektierte Bild des Brennpunkts Fi eines Parabol- oder Ellipsoid-Reflektors 3. A-A' ist die Azimuth-Achse der Antenne.

Die ausgesandte elektromagnetische Welle wandert von dem Hornstrahler 1 zu dem ebenen Reflektor 2. von dem sie auf den Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektor 3 gerichtet wird. Da der Reflektor 3 schräg zu der Einiallsrichtung-der Welle liegt, wird die Welle bei der Reflexion verzerrt. Um diese Verzerrung auszulöschen. ist ein an der Elevationsachse des Antennensystems liegender weiterer Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektor 4 spiegelbildlich zu dem Reflektor 3 in Bezug auf die Ebene X-X' ausgebildet. Die von dem Reflektor 3 auf den Reftektor 4 gerichtete Welle wird somit zu dem Brennpunkt fj reflektiert, wobei die durch die beiden schrägliegenden Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflekioren eingeführten Verzerrungen infolge ihrer symmetrischen Anordnung theoretisch zum größten Teil ausgelöscht werden. Zwischen dem Parabol· bzw. Ellipsoid-Reflektor 4 und dem Brennpunkt Fj ist ein weiterer ebener Reflektor 5 angeordnet, der die Welle zu einem neuen Brennpunkt F'i umleitet, der mit dem Brennpunkt einer Zweireflektor-Antenne 6a, 6b übereinstimmt, die vom Cassegrain- oder vom Gregory-Typ oder eine der Mikrowellenanalogien mit konstanter Apertur und Phase einer dieser beiden Typen ist. Da die Brennpunkte des Hornstrahlers und der Zweireflektor-Antenne mit den Brennpunktendes Vierreflektor-Strahlwellenleiters übereinstimmen und sich die Verzerrungen in dem Strahlwellenleiter zum großen Teil auslöschen, wird eine Wirkung wie bei Anordnung des Hornstrahlers im Brennpunkt der Zweireflektor-Antenne erzielt. Hierdurch kann ein Antennensystem mit einer guten Leistungscharakteristik und dem Vorteil gegenüber anderen Typen konstruiert werden, daß der Hornstrahler 1 und die Sende- und Empfangsanlage 7, die eng mit ihm verbunden sein soll, in einem stationären Raum im Bereich der Bodenhöhe untergebracht werden können, wodurch ein leichter Zugang für Bedienung und Wartung ermöglicht wird, während die Antenne in der erforderlichen Weise auf einen Satelliten eingesteuert werden kann.

Wenn bei einer üblichen Zweireflektor-Antenne dieser Art Parabol· bzw. Ellipsoid-Reflektor 3 relativ zu einer axialsymmetrisc!) einfallenden Welle mil der in Fig.2(a) gezeigten Verteilung des elektrischen Feldes schräg angeordnet ist, ist die reflektierte Welle jedoch nicht mehr axialsymmetrisch, so daß sich eine in Fig.2(b) gezeigte Kreuzpolarisationskomponcnte 10 der Hauptwelle 9 überlagert. Gemäß der geradlinigen Strahlenoptik (geometrische Optik) läßt sich durch die Anbringung des zweiten Parabol- bzw. EHipsoid-Reflekv>n 4 in spiegelbildlicher Beziehung zu dem ersten Reflektor ein vollständiges Auslöschen dieser Verzerrung bewirken, wobei durch den Sirahlwellenleiter des Standes der Technik die Konfiguration des elektrischen r«:l«ics nach Reflexion am zweiten Reflektor wieder hergestellt werden soll, so daß die in F i g. 2(a) gezeigte K «»figuration entsteht. Nun kann durch ein mathemati· ν lies Verfahren, das die Ausbreitung sphärischer

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Wellen beschreibt, gezeigt werden, daß die Größe der durch einen schrägliegenden asymmetrischen gekrümmten Reflektor in eine Welle eingeführten Kreuzpolarisationskomponente zunimmt, wenn die Fläche des bestrahlten Reflektors zunimmt. (Zur Erläuterung dieses Verfahrens wird auf einen Bericht von R. Ludwig in Transactions of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, USA, Band AP-19, Nr. 3. Seite 214 März 1971 verwiesen.) Da bei dem herkömmlichen Strahlwellenleiter der Strahl zwischen den beiden Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektoren 3 und 4 gemäß Fig. 1 divergent ist. wird eine größere Fläche des zweiten Reflektors 4 bestrahlt, als es bei dem ersten Reflektor 3 der Fall ist. Hierdurch wird an dem zweiten Reflektor 4 ein höherer Betrag an Kreuzpolarisation als durch den ersten Reflektor 3 erzeugt. Die Wirkung auf die Übertragung ist in den Fig. 3(a). 3(b) und 3(c) dargestellt, wobei Fig. 3(a) die transversale Verteilung des elektrischen Feldes der axialsymmetrischen Welle zeigt, die auf den ersten gekrümmten Reflektor 3 eines gemäß Fig. 1 konstruierten Strahlwellenleiters fällt, bei dem der erste Reflektor 2 eben ist. Nach der Reflexion an dem Reflektor 3 in Richtung auf den Reflektor 4 wird die Welle infolge der schrägen Anordnung des Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektors 3 verzerrt und enthält die in Fig. 3(b) gezeigte Kreuzpolarisationskomponente 10, die sich der Hauptwelle 9 überlagert. Statt daß der zweite Paraboi- bzw. Ellipsoid-Reflektor 4 der Welle eine gleich große und entgegengesetzte kompensierende Verzerrung erteilt, wie es beabsichtigt ist, bewirkt er eine Verzerrung, die größer ist als die vom ersten Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektor 3 erzeugte Verzerrung, was zu einer Überkompensation führt, so daß die vom zweiten Parabol- bzw. Ellipsoid-Reflektor 4 in Richtung des zweiten ebenen Reflektors 5 reflektierte Welle gemäß Fig.3(c) eine restliche Kreuzpolarisationskomponente 10 enthält Dies bewirkt eine unerwünschte Asymmetrie des von der Antenne ausgesandten Strahls, eine auf die ungewollte Erzeugung höherer Schwingungstypen zurückzuführende Verminderung der Leistungsfähigkeit eines jeglichen Bahnverfolgungssystems, das das auf der Basis der Erfassung solcher Schwingungstypen arbeitet, und insbesondere, wenn die Antenne bei einem Fernmeldesystem verwendet werden soll, bei dem unterschiedliche Signale mit gleicher Frequenz durch ihre orthogonale Polarisation unterschieden werden, ein unerwünschtes Mischen der orthogonal polarisierten Signale, was zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit des gesamten Fernmeldesystems führt

In F i g. 5 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Zweireflektor-Antenne im Längsschnitt dargestellt Obwohl dieses Ausführungsbeispiel nachstehend nur für den Sendebetrieb beschrieben ist, ist es gleichermaßen für den Empfangsbetrieb verwendbar. Eine elektromagnetische Welle, die von einem im Sende- und Empfangsanlagenraum 7 befindlichen Sender erzeugt wird, wird von einem Hornstrahler 1 als axialsymmetrische sphärische Welle mit dem scheinbaren Ursprung im Brennpunkt F\ abgestrahlt Die Welle wird dann unter einem Winkel von 90° durch einen abgesetzten Hyperboloid-Reflektor 2' reflektiert, der derart geformt ist. daß ein genau vorbestimmter Betrag an Verzerrung in die Welle eingeführt wird. Anschließend wird die Welie von zwei versetzten Ellipsoid-Reflektoren 3' und 4' nochmals reflektiert, die spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Durch eine weitere Reflexion an einem ebenen Reflektor 5 wird die Welle in einem Brennpunkt Fj fokussiert, der mit dem Brennpunkt der Zweireflektor-Antenne 6a, 6b übereinstimmt, so daß die vom Hilfsreflektor 66 auf den Hauptreflektor 6a reflektierte Welle in Richtung der Achse des Hauptreflektors in Form einer eng gebündelten, ebenen Welle reflektiert wird.

Da sich sogar ein sogenannter geostationärer Satellit in Bezug auf einen Punkt auf der Erdoberfläche periodisch bewegt, ist es notwendig, die Richtung, in die die Achse des Hauptreflektors und somit der ausgesandte Strahl weist, zu verändern. Dies kann ohne Verzerrung des ausgesandien Strahls erfolgen, indem sichergestellt wird, daß die Drehachsen des Antennensystems an Punkien innerhalb des Strahlwellenzuleiters wirken, an denen der Strahl axialsymmetrisch ist Wenn in Fig.5der Hauptreflektor6a,der Hilfreflektor6öund der ebene Reflektor 5 in feststehender Beziehung zueinander gehalten und zusammen um eine horizontale Achse B-B' gedreht werden, ist es somit möglich, den Elevationswinkel des ausgesandten Strahls ohne Verzerrung zu ändern, da die von dem Ellipsoid-Reflektor 4' auf den ebenen Reflektor 5 fallende Welle eine Symmetrie um die Achse B-B' aufweist und der ebene Reflektor 5 ebenfalls eine Symmetrie um diese Achse besitzt Da die aus dem Hornstrahler 1 austretende Welle axialsymmetrisch ist, kann ferner das gesamte System der Reflektoren gemeinsam um eine vertikale Achse A-A' relativ zu dem ortsfesten Hornstrahler 1 und dem Sende- und Empfangsanlagenraum 7 ohne Verzerrung der ausgesandten Welle gedreht werden, wobei lediglich die räumliche Beziehung zwischen den Reflektoren 2', 3' und 4' und der Achse B-B' unverändert bleiben muß. Somit ist ein Lenken des Antennenstrahls in Azimuth- und Elevationsrichtung ohne Verminderung der Leistungsfähigkeit möglich.

Wie vorstehend erläutert, ist der in F i g. 5 dargestellte gekrümmte Reflektor 3' ein Ellipsoid. Bei Anwendung der geradlinigen Strahlenoptik würde eine von dem ersten Brennpunkt F₁ ausgehende Welle an einem zweiten Brennpunkt F₃ fokussiert wie es durch die erzeugten geradlinigen Strahlen «c«und «(/«dargestellt ist Der vom Reflektor 3' reflektierte Strahl wäre deshalb konvergent Da die Abmessungen dieses Reflektors in der Größenordnung von 20 Wellenlängen liegen, trifft die klassische geradlinige Strahlenoptik jedoch nur näherungsweise zu, was dazu führt, daß der Strahl gemäß der Darstellung von den geradlinigen Strahlenwegen abweicht. Da die von einem solchen Ellipsoid reflektierte WeÜe somit entgegengesetzte Konvergenz- und Divergenz-Neigungen besitzt, ist es durch Auswahl einer geeigneten Krümmung für den Reflektor 3' möglich,"einen zweiten Reflektor der gleichen Größe in einem solchen Abstand von dem ersten Reflektor anzubringen, daß er von der reflektierten Welle vollständig ausgeleuchtet wird. Eine derartige Anordnung ist in Fig.5 dargestellt wobei die bei den spiegelbildlichen Ellipsoid-Reflektoren 3' und 4' derart angeordnet sind, daß der Reflektor 3' die gesamte Fläche des Reflektors 4' ausleuchtet, wenn er von einer von seinem Brennpunkt Fi ausgehenden Welle angestrahlt wird, während der Reflektor 4' wiederum auf ähnliche Weise den Reflektor 3' vollständig ausleuchtet, wenn er von seinem Brennpunkt F₂ angestrahlt wird. Das System ist somit umkehrbar und erlaubt die vollständige Ausnutzung der gesamten Fläche eines jeden Reflektors sowohl im Sende- als auch im Empfangsbetrieb.

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In Fig.6. die einen weiteren Längsschnitt dieses Ausführungsbeispiels mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 5 zeigt, ist veranschaulicht, daß aufgrund der Kombination der konvergenten und divergenten Eigenschaften der zwischen den Reflektoren 3' und 4' verlaufende und durch die gekrümmten Strahlen »en und »f« begrenzte Strahl in der Mitte zwischen den beiden Reflektoren eine ausgesprochene Einschnürung aufweist, wenn die beiden Reflektoren die vorstehend beschriebene geometrische Beziehung aufweisen. Ferner wird auch eine effiziente Ausleuchtung des ebenen Reflektors 5 sichergestellt Die beiden Ellipsoid-Reflektoren 3' und 4' sind derart angeordnet, daß sie um eine Ebene spiegelbildlich zueinander sind, die in der Mitte zwischen den beiden Reflektoren auf ihrer gemeinsa- n men Achse senkrecht steht, so daß die von dem ersten Reflektor an der elektromagnetischen Welle herbeigeführten Verzerrungen durch den zweiten Reflektor kompensiert werden.

In der Praxis ist jedoch auch bei Verwendung von Ellipsoid-Reflektoren eine geringe Strahldivergenz unvermeidbar, so daß dieses Reflektorpaar keine echte elektromagnetische Symmetrie aufweist und die ausgesandte Welle eine unerwünschte restliche Kreuzpolarisationskomponente enthält. Ein Ersetzen des festen ebenen Reflektors 2 gemäß F i g. 1 durch den Hyperboloid-Reflektor 2' gemäß F i g. 5 erbringt die Möglichkeit, die Kreuzpolarisationskomponente aktiv zu steuern, statt passiv eine Selbstauslöschung dieser unerwünschten Welle zu erwarten. In F i g. 4{a) ist die Verteilung des M elektrischen Feldes der vom Hornstrahler 1 auf den schrägliegenden Hyperboloid-Reflektor 2' gemäß Fig.5 einfallenden axialsymmetrischen Welle dargestellt, der entnehmbar ist. daß an dieser Stelle keine Kreuzpolarisationskomponente besteht. Da der Hyperboloid-Reflektor 2' keine Symmetrie um die Achse A-A' aufweist, wird gemäß der Darstellung in Fig.4(b) der Hauptwelle 9 eine Kreuzpolarisationskomponente 10 überlagert. Durch sorgfältige Auswahl der Krümmung des Hyperboloid-Reflektors 2' erhält diese Kreuzpolarisationskomponente einen exakten vorbestimmten Wert. Die Welle wird von dem Hyperboloid-Reflektor 2' auf den ersten schrägliegenden Ellipsoid-Rcflektor 3' reflektiert, der wiederum nach Reflexion der Welle auf den zweiten schrägliegenden Ellipsoid-Reflektor 4' eine weitere Kreuzpolarisationsverzerrung hinzufügt, dje auf die schrägliegende Anordnung des Reflektors 4' zurückgeht. Gemäß der Darstellung in Fig.4(c) ist die Gesamtsumme der Kreuzpolarisationskomponente 10 daher größer als eine Kreuzpolarisationskomponente, die allein durch den Reflektor 3' gernäß F i g. 5 erzeugt wird. Die verzerrte Welle fällt dann auf den zweiten Ellipsoid-Reflektor 4' und wird auf den ebenen Reflektor 5 gerichtet Da die durch den zweiten Ellipsoid-Reflektor 4' verursachte Kreuzpoiarisationsverzerrung größer als die durch den ersten Ellipsoid-Reflektor 3' allein verursachte Komponente ist. kann der Hyperboloid-Reflektor 2' derart angeordnet werden, daß er das richtige Maß an Verzerrung zu der Verzerrung des ersten Ellipsoid-Reflektors 3' hinzufügt, M so daß durch den zweiten Ellipsoid-Reflektor 4' ein vollständiges Auslöschen der gesamten Kreuzpolarisationskomponente sichergestellt wird. Deshalb enthält die von dem zweiten Ellipsoid-Reflektor 4' auf den ebenen Reflektor 5 einfallende Welle keine Kreu/pola- b$ risationskomponente und ihre Verteilung des elektrischen Feldes entspricht Fig.4(a). Da der ebene Reflektor 5 eine Symmetrie zur Achse B-B' aufweist.

verursacht er keine Kreuzpolarisationsverzerrung, so daß der vom Hornstrahler 1 ausgestrahlte axialsymmetrische Strahl wieder zu einem axialsymmetrischen Strahl wird.der auf den Brennpunkt F'₂ fokussiert ist. Da der Brennpunkt F'i mit dem Brennpunkt der Zweireflektor-Antenne 6a, 6£> übereinstimmt, wird der Strahl dann entlang der Achse des Hauptreflektors 6a als axialsymmetrisch gerichtete ebene Welle in den Raum ausgestrahlt. Somit wird ein Vierreflektor-Strahlwellenleiter für ein Satelliten-Nachrichtenübertragungsaniennensystem erhalten, bei dem durch aktive Steuerung der aus der Verwendung schrägliegender gekrümmter Reflektoren stammenden Kreuzpolarisationsverzerrung eine echte Axialsymmetrie und deshalb ein reiner Schwingungstyp des ausgesandten Mikrowellenstrahls in Verbindung mit einer vollständigen Unterdrückung von innerhalb des Strahlwellenleiters erzeugten kreuzpolarisierten Wellen erreicht wird.

Nachdem die Wirkung der Zweireflektor-Antenne anhand eines Sendeantennensystems erläutert ist, sei nachstehend auch kurz auf ihre Verwendung bei einem Empfangsantennensystem eingegangen. Gemäß der Darstellung in Fig. 6 sind die Strahlen innerhalb des Strahlwellenleiters infolge der endlichen Größe des Reflektors relativ zu der Wellenlänge nicht gerade sondern gekrümmt. Deshalb wird an dem Brennpunkt F'i die ausgesandte Welle nicht tatsächlich zu einem echten Brennpunkt sondern ist über eine eng begrenzte Fläche in einer Ebene verteilt, die auf der Sirahlachse senkrecht steht und den Punkt F'i enthält, wobei in dieser Fläche eine feststehende Amplituden- und Phasenverteilung der Energie innerhalb der Welle vorliegt.

Um diese Energie wirksam auszunutzen und die gewünschte eng gebündelte gerichtete ebene Welle entlang der Achse der Antenne zu erzeugen, ist die Zweireflektorantenne mit dem Hauptreflektor 6a und dem Hilfsreflektor Sb gemäß den Grundlagen der Wellentheorie konstruiert und weicht deshalb in der Form von den geometrischen Konstruktionen von Gregory und Cassegrain ab. Eine solche Antenne wird eine ebene Welle, die entlang ihrer Achse einfällt, in einer Fläche in der Ebene des Brennpunkts F'i derart fokussieren, daß die räumliche Energieverteilung innerhalb dieser Fläche mit der Verteilung der während des Sendens der Antenne zugeführten Welle identisch ist. Die Speisung des Strahlwellenleiters aus dem Gebiet des Brennpunkts F'i mit dieser verteilten Welle, die sich von einer von F'i ausgehenden sphärischen Welle unterscheidet, bewirkt eine derartige Amplituden- und Phasenverieüung der Ernergie innerhalb der Welle, daß der während des Sendebetriebs auftretende Vorgang genau umgekehrt wird-und die Welle zu einem Brennpunkt F\ gelangt, wobei ihre Axialsymmetrie und ihr Schwingungstyp unverändert bleiben. Dies steht in voller Übereinstimmung mit dem Prinzip der Umkehrbarkeit eines verlustlosen Netzwerks, wobei ein Antennensystem, das gemäß den Grundlagen der Wellentheorie konstruiert ist und den vorstehend beschriebenen Strahlwellenleiter besitzt, als »reziprok« bezeichnet wird und Mikrowellen ohne Verlust oder Verzerrung sowohl senden als auch empfangen kann.

Darüberhinaus ist ein weiterer Vorteil durch zusatzliche Fokussierung des Strahls außer seiner hauptsachlichen Funktion der Korrektur der axialen Asymmetrie erzielbar, wenn der Reflektor 2' gemäß der Darstellung in Fig.5 konkav ausgebildet wird, obwohl es für die Steuerung der JCreuzpolarisationsvcrzerrung ausreicht.

für den Reflektor T gemäß Fig.5 e^;nen konvexen Hyperboloid-Reflektor zu verwenden. Dabei wird die Entfernung vom Brennpunkt F'\ entlang der Achse des Strahls zu dem ersten Ellipsoid-Reflektor 3' relativ zu dem Fall verringert, bei dem der erste Reflektor in dem System eben ist Somit liegt für eine gegebene Anordnung von Reflektoren 2*. 3', 4' und 5 der benötigte Hornstrahler I näher an dem ersten Reflektor 2' und besitzt eine kleinere Öffnungsabmessung la, als es der Fall sein würde, wenn ein ebene erster Reflektor benutzt

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wird, wodurch eine kleinere, leichtere und zweckmäßigere Hornstrahleranordnung entsteht. Alternativ können bei einer gegebenen Größe dos Hornstrahlers die Abmessungen der beiden Ellipsoid-Reflektoren 3' und 4' und des ebenen Reflektors 5 relativ zu den Abmessungen verringert werden, die erforderlich sind, wenn der erste Reflektor eben ist Es ist auch möglich, beide vorteilhafte Konfigurationen teilweise auszunutzen, unrt - zu einem System zu gelangen, das für eine gegebene

ίο Anwendung die bestmögliche Konfiguration ergibt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweireflektor-Antenne für Mikrowellen, mit einem von einem Vierreflektor-Strahlwellenleiier gebildeten Speisesystem, das aus einem im Sende- J und Empfangsbetrieb einen rotationssymmetrischen Mikrowellenstrahl erzeugenden Hornstrahler besteht, ferner aus zumindest einem von der Elevationsbewegung der Zweireflektor-Anienne abhängigen ebenen Reflektor und zumindest drei festste- hend zueinander angeordneten und von der Elevationsbewegung der Antenne unabhängigen weiteren Reflektoren, von denen zwei Reflektoren rotationsasymmetrisch ellipsoid gekrümmt und als Reflektorpaar spiegelbildlich einander gegenüber- Ii liegend angeordnet sind, während der dritte Rtflektor den rotaiionssymmetrischen Strahl des Hornstrahlers auf den ihm zugeordneten Ellipsoid-Reflektor richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Reflektor (2') ein Hyperboloid- M Reflektor mit ein..- derartigen Krümmung ist, daß die durch die roiationsasymmetrischen Ellipsoid-Reflektoren (3', 4') in den Mikrowellenstrahl eingeführte Kreuzpolarisationskomponente vollständig aufgehoben wird.

2. Zweireflektor-Antcnne nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der als Hyperboloid-Reflektor ausgebildete dritte Reflektor (2') zur zusätzlichen Fokussierung des Mikrowellenstrahls eine konkave Reflexionsfläche aufweist.