DE2812903A1

DE2812903A1 - Antenne mit exzentrischen reflektoren

Info

Publication number: DE2812903A1
Application number: DE19782812903
Authority: DE
Inventors: Serge Drabowitch
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FR2385233A1; DE2812903C2; FR2385233B1; CH623171A5; GB1600163A; US4223316A; NL7803081A; IT1156177B; IT7848588A0

Description

DlETPJCH LEWINSKY

„„,pt β, r-.j 23. März I07R ;

MÜNCHEN 21 10.233-iv/Hg ;,

Thomson-CSF, Bl. Haussmann 173, F-75OOR Paris (Frankreich)

Antenne mit exzentrischen Reflektoren

Priorität: 25. März 1977, Frankreich, Nr. 77 09000

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit exzentrischen Reflektoren, insbesondere eine Gregory-Antenne, i

Bekanntlich besitzen die im MikrowellenFebiet meistens verwen- = deten Reflektorantennen häufip· einen zur Antennenachse zentri- ' sehen Aufbau, bei dem die Primärquelle sich vor dem Reflektor befindet. So befindet sich bei den Cassegrain-Antennen der . Hilfsreflektor auf der Achse des Hauptreflektors. Bei solchen I Antennen, bei denen der Primärstrahler oder der Hilfsreflektor ί in dieser Weise angeordnet sind, sich also im Strahlengang des Hauptreflektors befinden und eine Abschattunpc verursachen, führt dies vor allem zu einer Verminderung des Antennengewinnes und zu einer Vergrößerung der Nebenzipfel. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird bei Cassegrain-Antennen mitunter das Verfahren der Drehung der Polarisationsebene benutzt, bei dem mit einem Hilfsreflektor gearbeitet wird, der aus parallelen Drähten oder Lamellen besteht, die für eine Polarisationsrichtung durchlässig sind. Dieses Verfahren ist jedoch nur für kleine Reflektoren wirtschaftlich vertretbar und im Prinzip nur bei linearer Polarisation brauchbar. Bei zirkularer Polarisation muß ein die gesamte Antenne überdeckender, außen liegender Polarisator verwendet \verden. Um den Abschattungseffekt zu vermeiden, werden häufig Reflektoren mit exzentrisch zum Strahlungsfeld des Hauptreflektors liegendem Primärstrahler verwendet, wobei der

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Reflektor im allgemeinen eine Symmetrieebene besitzt. Trotzdem bleibt auch hier noch ein Nachteil: Selbst bei Ausleuchtunp· durch eine Quelle mit einer einzigen, "reinen" Polarisation, die auch als Huygens'sehe Quelle bezeichnet werden kann, erzeugt der Reflektor ein Diagramm mit in Bezug auf die Symmetrieebene antisymmetrisch gekreuzter Polarisation. Bei zirkularer Polarisation wirkt sich dieser Effekt in einer Winkelabweichunp; oder einem Schielen der Hauptkeule, einer Vergrößerung, des Elliptizitätskoeffizienten der abgestrahlten Welle und in einer Unsymmetrie der Änderungen dieses Koeffizienten in Bezug auf die Symmetrieebene der Antenne aus.

Abgesehen von den hieraus resultierenden Gewinneinbußen rufen diese Erscheinungen bei Radargeräten mit zirkularer Polarisation eine Verminderung der Regenechounterdrückunp* oder Refcenenttrübung hervor und bei Verfolgungsradargeräten eine Verschlechterung der Winkelgenauigkeit und der Winkelstabilität hervor.

Um diesen Mängeln, die mit der Krümmung des Reflektors zusammenhängen, abzuhelfen, muß man seine Brennweite vergrößern. Abgesehen von dem dadurch vergrößerten Raumbedarf erfordert dieses Verfahren Primärstrahler mit hohem Gewinn, deren über den Rand _; des Reflektors hinausgehende Strahlung eine Störstrahlung, Fehl-¹¹ echos und Empfindlichkeit gegenüber Stören oder im Fall einer j Satellitenantenne für terrestrische thermische Strahlung hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der ein- j leitend angegebenen Gattung zu schaffen, die von den zuvor auf-[ gezählten Mängeln frei ist. ·

; Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspru-S ches 1 angegeben.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und i Weiterbildungen. '

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In der Zeichnung ist eine Antenne nach der Erfindung anhand ; mehrerer, beispielsweise gewählter Ausführungsformen schematised vereinfacht dargestellt. Es zeigt: ^;

Fig. 1 eine Antenne mit parabolischem Haupt- und ; Hilfsreflektor, ^:

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Antenne nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Antenne mit doppelt gekrümmtem Hauptreflektor und elliptischem Hilfsreflektor,

Fig. 4 eine Antenne mit doppelt gekrümmten Hilfsreflektor und von der Kreisform abweichendem Umriß des Hauptreflektors,

Pier. 5 eine Aufsicht auf die Antenne nach Fig. H und

Pipr.. 6 eine Antenne, bei der der Hilfsreflektor und j der Speisehornstrahler baulich vereinigt sind, j

Fig. 1 zeigt eine Antenne mit exzentrischen Reflektoren, die _; einen konkaven Hauptreflektor 1 parabolischer Form und einen konkaven Hilfsreflektor 2 ebenfalls parabolischer Form umfaßt. Dieser zweite Reflektor liegt exzentrisch in Bezug auf den j ersten, wodurch sich für die Antenne die durch eine solche An- ' Ordnung erzielten Vorteile, insbesondere der Fortfall des Ab- ι schattungseffektes, ergeben. Der Hilfsreflektor 2 wird durch einen Primärstrahler 3, in der Figur einen genuteten Hornstrahler, ausgeleuchtet, der eine Welle mit annähernd "reiner" PoIa- j risation liefert. Die Reflektoren 1 und 2 sind darüberhinaus j geometrisch ähnlich, und zwar zumindest annähernd in Rezug auf |

einen reellen Punkt P, der darüberhinaus die Rolle eines Zwi- j schenbrennpunktes für die gesamte Antenne spielt. ι

Der Hilfsreflektor 2 wird durch den genuteten Hornstrahler 3 im Nahfeld ausgeleuchtet. Die von diesem Hornstrahler (im Sendefall) ausgehenden Wellen sind leicht sphärisch oder kugelig und können daher die Einfügung einer Korrekturlinse h am Ausgang des Honrstrahlers erforderlich machen, die bewirkt, daß das

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Nahfeld zu einer ebenen Welle wird. Wenn sich der genutete Hornstrahler im Bereich des hybriden Gleichgewichtes befindet, verhält er sich bekanntlich wie eine ideale Huygens'sehe Quelle. Das heißt es liegt eine reine Polarisation vor. Die Ausleuchtung der Außenfläche der Linse besitzt konstante Polarisation mit einer etwa Gauss'sehen Amplitudenverteilung. Da sich der Hilfsreflektor 2 - wie gesagt - im Nahfeld der aus dem hornstrahler bestehenden Primärquelle befindet, wird er durch eine etwa ebene Welle konstanter Polarisation ausgeleuchtet. In Fig. 1 sind verschiedene Strahlen a, b, c₃ d, al, bl; el, dl, a2, b2, c2, d2 eingezeichnet.

Wenn man die geometrische Optik als Näherungslösung zugrundelegt, was durch die im Nahfeld herrschenden, stationären Phasenbedingungen gerechtfertigt ist, und wenn beispielsweise die Polarisation des Hornstrahlers als horizontal angenommen wird, gilt für Fig. 2, die eine Aufsicht auf die Antenne der Fig. 1 zeigt, daß die Linien 5 des Stromverlaufes des Hilfsreflektors Schnitten dieses Reflektors mit horizontalen Ebenen entsprechen. Die Reflektoren sind in Bezug auf den Zwischenbrennpunkt F geometrisch ähnlich, woraus folgt, daß die entsprechenden Linien 6 des Stromverlaufes des Hauptreflektors 1 ebenfalls Schnitten dieses Reflektors mit horizontalen Ebenen entsprechen. In der Strahlungsöffnung des Hauptreflektors, die die Strahlungsöffnung der Antenne bildet, ergibt sich eine Ausleuchtung konstanter, horizontaler Polarisation. Eine gekreuzte Polarisation, wie bei den bekannten Antennen mit exzentrischen Reflektoren tritt nicht auf.

Wenn man mit S den Scheitel der Fläche bezeichnet, der der Hauptreflektor 1 angehört, ist die Länge des verwendeten, genuteten Hornstrahlers etwas kleiner als die Entfernung SF, die eine Zwischenbrennweite der Antenne darstellt. Dies gestattet die Ausleuchtung des Hilfsreflektors 2 im Nahfeld. Das Feld der von dem Hilfsreflektor 2 reflektierten Welle konvergiert im Bereich des Punktes F, so'daß der bis in die Gegend dieses Zwischenbrennpunktes F verlängerte Speisehornstrahler keine Abschattung verursacht. DieseAnordnung gestattet die über den Rand des Hilfs-

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reflektors hinausgehende Strahlung auf einem Minimum zu halten.

Weiterhin ist festzustellen, daß die Verwendung eines genuteten Hornstrahlers, der im Nahfeld strahlt in Verbindung mit dem Umstand, daß die Feldverteilung einer Gauss'sehen Glockenkurve entspricht, zu einer raschen Abnahme dieses Feldes außerhalb

i des Heflektors führt, wodurch sich eine sehr geringe Randstrah-j lung, die sogar bis auf Null erehen kann, ergibt. Desweiteren j ist die frequenzabhängige Änderung dieser Strahlungsverteilung sehr stabil, so daß auch die erhaltene Ausleuchtung selbst sehr frequenzstabil ist. ;

Die Form dieser Ausleuchtung führt weiterhin zu sehr kleinen Nebenzipfeln.

Vorstehend wurden einige Vorteile der Antenne der vorgeschlagenen Art erläutert.

Die Ausführuniform der Antenne gemäß Fig. 1 ist jedoch mechanisch nicht sonderlich kompakt oder starr, weshalb nachfolgend weitere Ausführungsformen beschrieben werden, die unter Beibehaltung der grundliegenden Eigenschaften des vorliegenden Vorschlages weitere Vorteile bieten.

Beispielsweise ist gemäß Fig. 1 die Einfügung einer Korrekturlinse zwischen der Strahlungsöffnung des genuteten Hornstrahlers 3 und dem Hilfsreflektor 2 vorgesehen. Diese Korrekturlinse ist jedoch unter der Voraussetzung, daß der Hornstrahler hinreichend lang ist, selbst dann nicht unbedingt erforderlich, wenn der Hilfsreflektor nahezu paraboloidförmig bleibt,

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Hilfsreflektor 2 Teil eines Ellipsoids ist. In diesem Fall ist eine Korrekturlinse nicht erforderlich. Das Ellipsoid, von dem der Hilfsreflektor 2 einen Ausschnitt darstellt, hat seinen einen Brennpunkt bei F, dem Streckungszentrum für die geometrisch ähnlichen Re-.flektoren, und seinen anderen Brennpunkt bei C, dem Phasenzen-

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: -fs.

trum des im Nahfeld von dem genuteten Hornstrahler 3 abgestrahl- ! ten Feldes.

Fig. 3 zeigt eine weitere Besonderheit. Nicht nur ist der Hilfs- ' reflektor 2 ein Ausschnitt aus einem Ellipsoid sondern der Hauptreflektor 1 braucht auch nicht über seine Ftesamte, aktive Oberfläche parabolisch zu sein. In diesem Sinne behält seiner oberer Teil AB einen parabolischen Verlauf bei, während sein unterer Teil BD von dem beispielsweise in Pig. I gezeigten, parabolischen Verlauf abweicht. Diese Abweichung ist so gehalten, daß der Hauptreflektor einen sogenannten C-förmigen Verlauf hat. _: Dann kann in bekannter Weise das Strahlungsdiagramm in der Höhenebene beispielsweise Cosecans-Form haben.

Wie aus der Figur erkennbar, reflektiert der untere, verformte Teil des Hauptreflektors 1 die auftreffenden Strahlen zunehmend in Richtung positiver Höhenwinkel. Daher kann die Achse 7 ebenso wie der Speisehornstrahler höhergelegt werden, ohne daß die Gefahr einer Abschattung besteht. Die Antenne erhält dadurch einen gedrängteren Aufbau.

Auch die Ausführungsform gemäß Fig. 3 verwirklicht den Grund-' gedanken des vorliegenden Vorschlages, insbesondere der geometrisch ähnlichen Abbildung, vor allem im parabolischen Teil des Hauptreflektors, der die Diagrammkeule erzeugt.

In den zuvor beschriebenen Beispielen wurde davon ausgegangen, r

daß die Polarisation horizontal ist. Die hierzu gemachten Aus- '■■

j führungen gelten aber auch für eine beliebige, beispielsweise j

! vertikale oder auch zirkuläre Polarisation.

In bestimmten Fällen kann der Umriß der Reflektoren nicht kreisH förmig gehalten werden. Um dessen ungeachtet eine geeignete Aus-i leuchtung des Hauptreflektors zu erzielen, wird ein genuteter ^! Hornstrahler mit Rechteckquerschnitt benutzt.

Man kann aber auch den Hornstrahler mit Kreisquerschnitt bei-

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behalten und einen Hilfsreflektor mit doppelter Krümmung, also einen astigmatisehen Hilfsreflektor, verwenden.

Die Figuren H und 5 zeigen im Schnitt und in der Aufsicht eine derartige Ausführungsform. Der Vertikalschnitt Sl und der Horizontalschnitt S2 haben unterschiedliche Krümmung, derart, daß die Ausleuchtung des Hauptreflektors trotz seines von der Kreis·· form abweichenden Umrisses sichergestellt ist. Fl und F2 bezeichnen die Brennlinien dieses astigmatischen Systems.

Im Vorstehenden wurde die Verwendung von genuteten Hornstrahlern in den Vordergrund gestellt, die wegen der ihnen innewohnenden Eigenschaften den Aufbau von Antennen der hier vorgeschlagenen Art ermöglichen. Wenn aber eine nur geringe Bandbrei· te erforderlich ist, kann der genutete Hornstrahler mit Vorteil durch einen Multimoden-Hornstrahler, also einen Hornstrahler, in dem sich mehrere Wellentypen fortpflanzen können, ersetzt werden, welcher einfacher herzustellen ist.

Vorstehend wurden Ausführungsformen von Antennen mit exzentrischen Reflektoren beschrieben, bei denen diese Reflektoren insbesondere geometrisch ähnlich zueinander sind, wobei deren Formen dennoch von der üblichen Parabolform abweichen können und dadurch eine Optimierung der einen oder der anderen Eigenschaft der Antenne wie etwa Gewinn, Diagrammform, Nebenkeulen usw., ermöglichen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorgeschlagenen Antenne sind der Speisehornstrahler und der Hilfsreflektor in einer Einheit 8 vereinigt, die - abgesehen von ihrem oberen Teil 9 - vollständig geschlossen ist. Fig. 6 zeigt eine derartige Ausführung!-■ .form.

Die Antenne gemäß dem vorliegenden Vorschlag besitzt ferner noci den Vorteil, daß ihr Hauptreflektor eine kurze Brennweite aufweist, was eine Verminderung des Platzbedarfes in der Antennenachse begünstigt, und daß die äpeiseleitungsseitige Öffnung 10

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des Hornstrahlers 3 nahe der vertikalen Drehachse 11 des Drehturmes oder Antennenträgers 12 liegt, was eine kurze Verbindung zwischen der Drehkupplung 13 und dem Hornstrahler ermöglicht.

Bei Verwendung der Antenne für Verfolgungszwecke arbeitet der als den Hilfsreflektor ausleuchtende Primärquelle benutzte Hornstrahler vorzugsweise im Monopulsbetrxeb.

Claims

^.tNTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY REINER Pi.JL-Ty C Ho c. M O N C H ί: N 2 1 21' mvz1978 i GOTTHARDSTR. 81 10.233-lV/Hg Thomson-CSF Patentansprüche:

1. Antenne mit exzentrischen Reflektoren, insbesondere Gregory-Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (1) und der zu diesem exzentrische Filfsreflektor (2), deren konkave Teile einander zugewandt sind, zumindest annähernd geometrisch ähnlich zueinander in Bezug auf einen reelen Punkt (F) sind, der zwischen den beiden Reflektoren (1, 2) liegt, und einen Zwischenbrennpunkt der Antenne bildet, und daß eine Primärquelle (3) den Hilfsreflektor (2) mit ihrem Nahfeld ausleuchtet.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler ein genuteter Hornstrahler ist, dessen Länge etwas kleiner als die Entfernung zwischen dem Scheitel der den Hauptreflektor (1) enthaltenden Fläche und dem Zwischenbrennpunkt (F) ist.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärquelle ein Hornstrahler für mehrere Wellentypen ist, der insbesondere für schmalbandipren Betrieb ausgelegt ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärquelle (3) ein im Monopulsbetrieb arbeitender Hornstrahler ist.

5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor,(1) und der Hilfsreflektor (2) Parabolprofil besitzen und daß zwischen der ausleuchtenden Primärquelle und dem Hilfsreflektor (2) eine Korrekturlinse (H) angeordnet ist.

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6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch fekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor Teil eines Ellipsoids ist, dessen einer Brennpunkt der Zwischenbrennpunkt (E) der Antenne und dessen anderer Brennpunkt das Phasenzentrum der von dem Hornstrahler abgegebenen Wellen ist.

7. Antenne nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor zwei verschiedene Krümmungsradien besitzt oder doppelt gekrümmt ist.

8. Antenne nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor astigmatisch ist und der Hauptreflektor einen nicht kreisförmigen Umriß besitzt.

9. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor und der Primärstrahler zu einer abgesehen von ihrem oberen Teil geschlossenen, baulichen Einheit vereinigt sind.

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