DE2919628A1

DE2919628A1 - Multireflektor-antennenanordnung

Info

Publication number: DE2919628A1
Application number: DE19792919628
Authority: DE
Inventors: Corrado Dragone; Michael James Gans
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: IT7922718A0; CA1126398A; FR2426342B1; JPS54150948A; BE876279A; GB2021323B; US4203105A; JPS6311806B2; GB2021323A; FR2426342A1; NL7903869A; IT1114227B

Description

blumbägh.weser-bergen.krämer

."■■"' PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patenlconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company Incorporated Dragone,C,3-6 222 Broadway, New York,N.T. 10038, USA

Multireflektorantennenanordnung

Die Erfindung betrifft eine Multireflektor-Antennenanordnung mit wenigstens einem parabolischen Hauptreflektor, der eine Ausgangsapparatur und einen geometrischen Brennpunkt besitzt, mit einem parabolischen Unterreflektor, dessen geometrischer Brennpunkt konfokal mit dem nächsten Reflektor entlang eines Übertragungsweges der Antennenanordnung angeordnet ist, und mit einer SpeiseanOrdnung, die eine Vielzahl von Speiseelementen aufweist, und auf den parabolischen Unterreflektor gerichtet ist.

Antennenanordnungen mit einer versetzten Speisung, die eine begrenzte Abtastung oder Schwenkung ermöglichen, sind u.a. für Radarsysterne entwickelt worden und werden jetzt außerdem für Satelliten-Ühertragungsanlagen empfohlen, und zwar sowohl für die Antennen der Bodenstationen als auch die Antennen des Satelliten. Eine bekannte Anordnung (US-PS 3 500 427, 10.Märζ

Ö09847/0Ö47

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. ■ H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ihg. * P. Bergen Dipl.-Ing. Dr'ijur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

-D-

1970) weist eine Gruppe von Strahlungselementen auf, die eine Abtastung über einen bestimmten Winkel ermöglichen, und ein versetztes Reflektorsystem mit einem parabolischen Hauptreflektor und einem elliptischen Unter- oder Hilfsreflektor zur Erzeugung eines hohen Gewinns. Die Reflektoren werden als im wesentlichen konvokal mit der Gruppe von Strahlungselementen beschrieben, die zur Kompensation von Aberrationen im optischen System in einem Brennpunkt des elliptischen Unterreflektors angeordnet sind. Die Reflektoren sind jedoch im geometrischen Sinn nicht konvokal, da der Brennpunkt des parabolischen Hauptreflektors nicht mit einem der Brennpunkte des elliptischen Unterreflektors zusammenfällt. Als Folge davon wird eine ebene Welle, die auf den parabolischen Hauptreflektor in Richtung seiner Achse auftritt, nicht in eine ebene Welle nach zwei· Reflexionen transformiert, und die Ausleuchtung der Speiseanordnung läßt sich nur in Mittennähe als ebene Welle ansehen.

Eine andere abtastfähige, versetzte Antennenanordnung ist offenbart in "Limited Electronic Scanning with an Offset-Feed Near-Field Gregorian System" von W. D. Fitzgerald in Technical Report 486 of the Lincoln Laboratory (MIT) 24.September 1971. Dort wird eine Nahfeld-Gregorian-Antenne beschrieben, die versetzte, konvokale und koaxiale Paraboloid-Reflektorabschnitte und eine verhältnismäßig kleine, ebene Speiseanordnung verwendet.

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Obwohl die verschiedenen bekannten Anordnungen Strahlen besitzen, die in einem gemeinsamen Brennpunkt zwischen den beiden Reflektoren konvergieren, um ebene Wellenfronten nach jeder Reflexion zu erzeugen, wodurch sich eine sehr beschränkte Abbildung der Speiseanordnung ergibt, führen solche Anordnungen im allgemeine sphärische Aberrationen ein und liefern ebene Wellenfronten nur über sehr kleine Teile der Apertur oder des Abtastwinkels. Außerdem werden bei solchen Anordnungen Phasenabweichungen im allgemeinen durch eine Neuformung des Unterreflektors \rerbessert, um Ungenauigke-iten des Hauptreflektors zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, demgegenüber eine Antennenanordnung zu schaffen, die sowohl wesentlich verbeserte Phaseneigenschaften als auch eine verbesserte Abbildung ermöglicht, ohne speziell ausgebildete Unterreflektoren oder hochgenaue Oberflächen-Geometrien für den Hauptreflektor und Unterreflektor zu erfordern.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Antennenanordnung der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseelemente der Speiseanordnung im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, die eine konjugierte Ebene mit Bezug auf die Ausgangsapertur des Hauptreflektors ist.

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Ungenauigkeiten des Hauptreflektors oder eines Unterreflektors, die zu einer entsprechenden Feldverzerrung in der Ebene der Speiseanordnung Anlaß geben, lassen sich dann durch .eine Phasenänderung derjenigen Speiseelemente der Anordnung, die Strahlen zugeordnet sind, welche auf solche Ungenauigkeiten auffallen, oder durch eine geringfügige Neuanordnung dieser Elemente kompensieren, statt daß ein Reflektor der Antennenanordnung neu geformt werden muß.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der parabolische Hauptreflektor und ein Unterreflektor koaxial angeordnet sind, um sowohl eine Achsenparallele als auch geometrische Oberflächen-Konvokalität zu erreichen, wobei die Speiseanordnung in der konjugierten Ebene mit Bezug auf die Ausgangsapertur des Reflektorsystems angeordnet ist.

Eine ebene Welle an der Apertur des Reflektorsystems erscheint als flaches, ebenes Bild an der Speiseanordnung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1' einen Teilquerschnitt einer Zwei-Reflektor-Antennenanordnung mit einer Speiseanordnung nach der Erfindung;

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Fig. 2 eine seitliche TeilSchnittansicht der beiden • Reflektoren nach Fig, 1 zur Darstellung des Reflexionsweges von zwei getrennten Strahlen, die aus zwei getrennten Richtungen auf den Mittelpunkt des Häuptreflektors auftreffen;

Fig.. 3 die Anordnung nach Fig. 1 zur Darstellung der Ausleuchtung an der Speiseanordnung für Deformationen der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors zu deren Kompensation an der Speiseanordnung,·

Fig« 4 eine seitliche Teilschnittansicht einer Drei-Reflektor-Antennenanordnung nach der Erfindung;

Fig. 5 die Antennenanordnung nach Fig. 4 zur Darstellung des Reflexionsweges von zwei getrennten Strahlen,; die aus zwei getrennten Richtungen auf den Mittelpunkt des Hauptreflektors auftreffen; / ., y

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 4 unter Beibehaltung der Konvokalität zwischen den Reflektoren, wobei aber die Reflektoren nicht koaxial sind;

Fig» 7 eine Technik zur Kompensation von Aberrationen in einer reflektierten ebenen Wellenfront, die durch eine Deformierung der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors gemäß Fig. 3 verursacht sind, und zwar durch eine Änderung der Lage der Speiseelemente einer Anordnung in der konjugierten Ebene, die durch solche Aber-

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rationen beeinflußt werden;

Fig. 8 eine andere Technik zur Kompensation von Aberrationen einer reflektierten ebenen Wellenfront, die durch eine Deformierung der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors gemäß Fig. 3 verursacht werden, und zwar durch eine geeignete Phasenänderung für die Signale der Speiseelemente einer Anordnung in der konjugierten Ebene, die durch solche Aberrationen beeinflußt werden.

Es sind zwahlreiche abtastfähige Antennenanordnungen bekannt, die Speiseanordnungen mit vielen Elementen verwenden. Das nachfolgend .beschriebene Ausführungsbeispiel sieht die Verwendung kleinerer Anordnungen in Kombination mit einer Gregorian-Antennenanordnung zur Erzielung ähnlicher Ergebnisse vor. Gemäß Fig. 1 sind eine parabolischer Hauptreflektor 10 und ein parabolischer Unterreflektor oder Hilisreflektor 12 konvokal und koaxial versetzt angeordnet, so daß ein vergrößertes Bild einer kleinen Speiseanordnung 14, die entlang einer Ebene Σ ^ angeordnet sind, über die Apertur des Hauptreflektors 10 in der Aperturebene Σ. _Q gebildet wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß zur Erzeugung eines vergrößerten Bildes der Speiseanordnung 14 in der Apertur des Hauptreflektors die Aperturebene Σ _Q und die Ebene ΣΙ j, konjugiert sind, so daß die Feldverteilung über die

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Aperturebene <£- q eine genaue Reproduktion der Feldverteilung in der Ebene A., ist. Im Ergebnis erhält man eine Verringerung für die Größe der Speiseanordnung gegenüber einer Anordnung, die in der Aperturebene ^~q ohne Verwendung der Reflektoren 10 und 12 erforderlich wäre, und zwar um einen Betrag, der gleich der durch die Reflektoren 10 und 12 erzielten Vergrößerung M ist.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der Anordnung nach Fig. 1 ist die, daß verhältnismäßig große Ungenauigkeiten des Hauptreflektors 10 bei kleinen Auswirkungen zulässig sind. Eine Verzerrung des Hauptreflektors 10 verursacht nämlich eine entsprechende Feldverzerrung an der Speiseanordnung 14 in der Ebene Σ-., und diese Verzerrung kann demgemäß durch eine entsprechende Einstellung der Phasenverteilung der Speiseelemente korrigiert werden, die direkt durch die Verzerrungen beeinträchtigt sind. Demgemäß ist die erforderliche Oberflächengenauigkeit des Hauptreflektors 10 kleiner und seine Konstruktion daher einfacher. Insbesondere kann für eine Verwendung in Satelliten ein entfaltbarer Reflektor mit sehr großen Abmessungen verwirklicht werden, da durch Oberflächenungleichförmigkeiten verursachte Verzerrungen leicht durch Änderungen in der Phasenverteilung der Speiseanordnung 14 korrigiert werden können. Beispielsweise kann der Hauptreflektor 10 aus getrennten Abschnitten bestehen, deren exakte Ausrichtung nicht wichtig ist,

da jeder Abschnitt auf einen anderen Bereich der Speise-90 9847/084 7

anordnung 14 abgebildet wird und daher eine Verschiebung eines bestimmten Abschnittes durch eine entsprechende Verschiebung der Speiseelemente korrigiert v/erden kann, die dem verschobenen Abschnitt zugeordnet sind, statt die Phasenverteilung der beeinflußten Elemente der Anordnung 14 zu ändern. Darüberhinaus läßt sich eine solche Anordnung so ansehen, als ob sie aus mehreren Abschnitten besteht, wobei jeder Abschnitt seine eigene Speiseanordnung besitzt. Eine solche Antenne ist ein Beispiel für eine Anordnung mit mehreren Elementen (Reflektorabschnitten), die je eine verhältnismäßig kleine 'strahlbreite, beispielsweise wesentlich kleiner als 6 besitzen,und deren Kombination das gesamte Gesichtsfeld, beispielsweise die Vereinigten Staaten λ^οη Amerika, abtastet, ohne daß Nebenkeulen auftreten.

Zur Erzielung einer perfekten Abbildung, die bedeutet, daß eine von der Speiseanordnung 14 erzeugte ebene Wellenfront durch den Unterreflektor 1.2 und den Hauptreflektor 10 als ebene Wellenfront an der Apertur des Hauptreflektors reflektiert wird , und um eine Kompensation von Oberflächenullgenauigkeiten des Hauptreflektors 10 an der Speiseanordnung zu ermöglichen, besitzen die verschiedenen Antennenelemente die folgenden Beziehungen zueinander. Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind der parabolische Hauptreflektor 10 und der parabolische Unterreflektor 12 koaxial

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und konvokal in einer versetzten Gregorian-Konfiguration angeordnet, die definitionsgemäßerfordert, daß sowohl der Brennpunkt P als auch die Achse des Hauptreflektors 10 und des Unterreflektors 12 zusammenfallen. Bei einer solchen Anordnung kann die Lage der Speiseelementebene ΣΙ , die die konjugierte Ebene der Aperturebene Σ. _ i_st, auf die folgende Weise bestimmt werden: .

Es sei Cq der Mittel- oder Zentralpunkt des Hauptreflektors 17. Der Mittelpunkt C^ der Speiseanordnung 14 liegt dann in der Ebene ~*-~* und entspricht dem Punkt, in dem der Zentralstrahl 16 der; ebenen Wellenfront nach einer Reflexion am Punkt Cq und am Mittelpunkt P^ des Unterreflektors 12 die Ebene Σ- . durchstößt. Man beachte, daß der Zentralstrahl 16 den Brennpunkt F durchläuft; Die Strecke «-c., die gleich dem Abstand C. P^ der Ebene Σ' vom Unterreflektor 12 ist, läßt sich nun anhand der Forderung bestimmen, daß die Punkte C_Q und C^ innerhalb der achsenparallelen Näherung konjugierte Punkte sind. "-"."·-" ;

Unter diesen Bedingungen muß ein Strahl, der auf den parabolischen Hauptreflektor TO im Mittelpunkt C₀ unter einem kleinen Winkel οι.- zum Zentralstrahl entsprechend der Darstellung in Fig. 2 auffällt, nach zwei Reflexionen in einen Strahl transformiert werden, der den Zentralstrahl im Mittelpunkt Cj. unter einem Winkel c£ ^ trifft, für den sich zeigen läßt, daß bei kleinem <C. der Ausdruck gilt: οί_Λ ₌ m.<₀ (1) .

Dabei ist M die Vergrößerung, die gegeben ist durch das Verhältnis zwischen dem Apertur-Durchmesser D_Q und dem Speiseanordnungsdurchmesser D₁ entsprechend folgendem Ausdruck:

^D0 ^f0
M ₌ ₌ (₂) _t

D₁ f₁

wobei f_Q und f₁ die Brennweite der beiden Reflektoren ist und dem Abstand der Punkte V₀ bzw. V₁ vom Brennpunkt F entspricht.

Gemäß Fig. 2 erhält man für die Anordnung

~i of

0 0

/ H

wobei ^₁ und ^₀ der Abstand der Punkte C₁ und Cq vom Punkt P^ auf dem Unterreflektor 12 ist. Man beachte, daß

^fO

⁰ " 2.

COS 1

wobei i der Einfallswinkel für den Zentralstrahl am Punkt entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ist. Aus den obigen Beziehungen erhält man die Lage des Punktes aus dem Ausdruck

COS 1

f.

J -

M + 1

¹ cos²i M

M + 1 M

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Aus Fig. 2 ergibt sich, daß eine Anzahl von Strahlen, die sphärisch von einem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 in Richtung zum Unterreflektor 12 ausgehen, nur deswegen an einem Punkt auf der Ebene 2T^ rekombinieren, da die Ebene £*.. eine konjugierte Ebene mit Bezug auf die Apertur ebene £₀ ist. Außerdem ergibt sich aus Fig. 1, daß , wenn eine ebene Welle durch einen perfekt geformten parabolischen Hauptreflektor 10 in Richtung auf einen perfekt geformten parabolischen Unterreflektor reflektiert wird, der konvokal und koaxial mit bzw. zu dem Hauptreflektor 10 angeordnet ist, eine ebene Wellenfront in der Ebene ^- λ erzeugt wird, die ein getreues, verkleinertes Bild der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 ist. Daraus läßt sich erkennen, daß die vorliegende Antennenordnung eine Kompensation für Deformationen der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors TO ermöglicht, indem entweder die Phasenverteilung oder die Lage derjenigen Speiseelemente der Speiseanordnung 14 auf geeignete Weise verändert wird, welche durch diese Deformationen beeinflußt v/erden.

In Fig. 3 ist als Beispiel eine Ungenauigkeit 18 auf der reflektierenden Oberfläche des parabolischen Hauptreflektors 10 dargestellt. Wenn eine ebene Wellenfront 20, die sich entsprechend der Darstellung senkrecht zur Achse 22 in Richtung zum Hauptreflektor 10 ausbreitet, vom Hauptreflektor 10 in Richtung zum Unterreflektor 12 reflektiert

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wird, dann durchlaufen die Strahlen der ebenen Wellenfront 20, beispielsweise die Strahlen 24 und 26, die von genau geformten Abschnitten der parabolischen Oberfläche des Hauptreflektors 10 reflektiert werden, den Brennpunkt F, werden dann vom Unterreflektor 12 reflektiert und kommen in Phase an der Ebene ΣΓ an. Diejenigen Strahlen der ebenen Wellenfront 20, beispielsweise die Strahlen 28 und 30, die von der fehlerhaften Stelle 18 reflektiert werden, durchlaufen entsprechend den üblichen Reflexionsgesetzen nicht notwendigerweise den Brennpunkt F oder erreichen nicht einmal den Unterreflektor 12. Diejenigen Strahlen, welche • auf den Unterreflektor 12 auftreffen, beispielsweise die Strahlen 28 und 30, werden in Richtung auf die Ebene L~^ reflektiert und kommen dort"außer Phase mit den Strahlen 24 und 26 so an, daß sich eine Phasenfront 32 ergibt, die einem Bild der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 entspricht. Gemäß Fig. 3 ist die Phasenfront 32 in der Ebene Σ. mit Ausnahme einer Deformation 34 eben, die einer Phasennacheilung oder -voreilung abhängig davon entsprechen kann, ob die Ungenauigkeit des Hauptreflektors konkav oder konvex ist.

Zur Kompensation der durch die Ungenauigkeit 18 bei der Deformation 34 erzeugten Phasendifferenz und damit zur Schaffung eines im wesentlichen ebenen Empfangsbildes oder ausgesendeten Wellenfront an der Speiseanordnung 14 bzw. der Apertur des Hauptreflektors 10 läßt sich eine der folgenden

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Techniken anwenden. Beispielsweise würde eine Technik darin bestehen, diejenigen Speiseelemente 38 der Anordnung 14, welche den Strahlen an der Deformierung 34 zugeordnet sind, entweder in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung von der Ebene Σ.. um einen Betrag zu verschieben, der zur Kompensation einer Phasennaoheilung bzw. -voreilung ausreicht, welche durch die Ungenauigkeit 18 an der Deformation 34 der Phasenfront 32 in der Ebene Σ- bewirkt wird. Dies ist in Pig, 7 für die Bedingung dargestellt, daß eine Phasenvoreilung durch beispielsweise eine Ungenauigkeit 18 des Hauptreflektors 10 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 auftritt. Alternativ kann entsprechend Fig. 8 für die Bedingung, daß eine Phasenvoreilung durch'beispielsweise eine Ungenauigkeit 18 des Hauptreflektors gemäß Fig. 3 eine andere Technik darin bestehen, eine entsprechende Zeitverzögerung 39 in. die Übertragungsleitungen zu den jeweils beeinflußten Speiseelementen 38 der Anordnung 14 einzuführen, wobei die Zeitverzögerung ausreicht, um die Deformierung 34 der Phasenfront 32 auszugleichen und damit eine ebene Empfangswellenfront bzw. Sendewellenfront an der Speiseanordnung 14 bzw. an der Apertur des Hauptreflektors 10 zu erzeugen. Geeignete Phasenverzögerungen lassen sich durch Einführen von beispielsweise PIM-Dioden-Verzogerungseinrichtungen in die jeweiligen Übertragungsleitungen zu den entsprechenden Speiseelementen der Speiseanordnung 14 verwirklichen. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Ungenauigkeit 18 eine Phasenvor exiting an der Phasenfront 32 im Bereich der Deformation 34 erzeugt,

Verzögerungseinrichtungen oder eine Verlagerung der beeinflußten Speiseelemente an der Deformation 34 benutzt v/erden kann, die eine Phasennacheilung an den Speiseelementen im Bereich der Deformation 34 der Phasenfront 32 bewirken, oder es können die Speiseelemente außerhalb des Bereiches der Deformation 34 vorwärts in Richtung auf den Unterreflektor 12 um einen Betrag verschoben werden, der ausreicht, um die ursprünglich im Bereich der Deformation 34 auftretende Phasenvoreilung auszugleichen. ¥enn jedoch die Ungenauigkeit 18 eine Phasennacheilung der Phasenfront 32 im Bereich der Deformation 34 erzeugt, können entweder die Speiseelemente im Bereich der Deformation 34 um einen entsprechenden Betrag in Richtung auf den Unterreflektor 12 verschoben werden, oder es kann eine entsprechende Zeitverzögerung in jede Übertragungsleitung eingefügt werden, die den Speiseelementen der Anordnung 14 zugeordnet sind, welche sich nicht im Bereich der Deformation 34 befinden, und zwar zur Kompensation der durch die Ungenauigkeit 18 der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 eingeführten Phasendifferenz.

Obwohl eine begrenzte Abtastung oder Schwenkung mit der vorliegenden Antennenanordnung ohne eine Apertur-Blockierung erreicht werden kann, beispielsweise bei einem Satelliten, für den ein Abtastbereich von 3° x 6° zur Überdeckung der Vereinigten Staaten von Amerika erforderlich ist, wird die Speiseanordnung 14 verhältnismäßig dicht an den Unterreflektor 12 herangerückt, was für gewisse Anwendungsfälle nach-

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teilig sein kann. Ein größerer Abstand £. kann beispielsweise erforderlich sein, wenn ein Gitter zwischen die Speiseanordnung 14 und den Unterreflektor 12 zur Erzielung einer Polarisierung und/oder für ein Frequenz-Diplexen eingebracht werden muß . In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, einen zweiten Unterreflektor 36 zusammen mit der Anordnung gemäß Fig. 1 zu benutzen, der gemäß Fig. 4 zwischen den Reflektoren 10 und 12 angeordnet ist. Zur Festlegung des Abstandes £. = IC^P^. / der Speiseanordnung vom letzten Reflektor bei der Anordnung mit drei Reflektoren ist es zweckmäßig, die Parameter ^₂, Σ-^t .Σο» ^n ^ei^nzu^^nren> ^i^e mittels der folgenden Ausdrücke definiert sind: j ·

P - C F (7)

/2

^- IP₀Fj · (8)

M₀ 4

F₁P₀I (9)

P₁F₁J (10)

wobei F der Brennpunkt des Hauptreflektors 10 und ein Brennpunkt des hyperbolischen Unterreflektors 36 ist, F^ der Brennpunkt des parabolischen Unterreflektors 12 und der andere Brennpunkt des hyperbolischen Unterreflektors ist und Σ. und Έ.^ Werte darstellen, die so gewählt sind, daß sich unter anderem eine kompakte Anordnung, möglichst kleine Blockierung usw. ergeben.

#09 847/084

Zur Bestimmung der Lage des Mittelpunktes C₁ der Speiseanordnung 14 v/erden entsprechend der Darstellung in Fig.5 zwei Strahlen 16 und 37 betrachtet, die vom parabolischen Hauptreflektor 10 am Mittelpunkt C_Q reflektiert werden. Einer der beiden Strahlen ist der Zentralstrahl 16. Man beachte, daß der hyperbolische Reflektor 36 ein virtuelles Bild Cq von C_Q erzeugt. Der parabolische Unterreflektor transformiert dieses virtuelle Bild in ein reelles Bild C,, in welchem sich beide Strahlen 16 und 37 nach einer Reflexion am Unterreflektor 12 treffen.

Um die Lage des virtuellen Bildpunktes C'_o zu bestimmen, ist es erforderlich, die achsenparallele Brennweite des Unterreflektors 36 zu finden. Zieht man in Betracht, daß F^ und F konjugierte Punkte sind, deren Abstand vom Unterreflektor 36 gleich tv,/Σ.* ist, so wird die achsenparallele Brennweite bestimmt durch

-2 (11) .

Da der Abstand des Mittelpunktes Cq vom Mittelpunkt Pq des Unterreflektors 36 gleich

(12)

ist und unter Verwendung der bekannten Linsengleichung wird es dann möglich, den Abstand des virtuellen Bildpunkts C₀ vom Mittelpunkt P_Q des Unterreflektors 36 aus der fol-

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-21- ■■:.- ■;■ ;■-■■--■

gende Beziehung zu finden:

U₁ - 1 . ■

er

A₁ Cm₀-D

(13) .

Als nächstes wird die Lage des Mittelpunktes C. auf der Speiseanordnung 14 bestimmt. Die achsenparallele Brennweite des Hauptreflektors 10 ist /„/ -^₂, und der Abstand des virtuellen Bildpunktes Cq vom Unterreflektor 12 beträgt:

-^- ■+ (14) . ^Σ2 ■";. ^{1 +} ^l ^(M0 - ¹^

Dann läßt sich unter erneuter Anwendung der Linsengleichung der Abstand des Mittelpunktes C^ vom Mittelpunkt P^ auf dem Unterreflektor 12 bestimmen aus

/ _ ^{2 1} ¹ * 1 ^(Mo - ^1;

/t.. _. τ . + ' ¹W ———————————— ν «5 y ·

^. M

2 O

Durch richtige Wahl von ^^ und M₀, nämlich der Parameter, die den Unterreflektor 36 bestimmen, kann entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ein verhältnismäßig großer Wert für ^ erhalten werden. Aus den obigen Erläuterungen läßt sich bestätigen , daß

gilt, woraus man 2^ erhält, da die Vergrößerungswerte M und M₀ bekannt sind,

809847/084?

Die vorstehenden Erläuterungen haben sich in erster Linie mit einer Antennenanordnung geschäftigt, die zwei oder mehr koaxial und konvokal angeordnete Reflektoren besitzt, sowie mit Anordnungen für drei oder mehr Reflektoren, die aufeinanderfolgend konvokal angeordnet sind, wobei der erste .Unterreflektor 36 konvokal zum Hauptreflektor 10 bei F und der zweite Unterreflektor 12 konvokal mit dem ersten Unterreflektor 36 bei P. ist, und so weiter. In allen Fällen ist jedoch die Speiseanordnung in einer Ebene -ΣΓ' angeordnet, die konjugiert mit Bezug auf die Aperturebene 5T_Q des Hauptreflektors 10 ist. Solche Anordnungen ermöglichen minimale Verzerrung über einen begrenzten Abtast- oder Schwenkbereich und einen verzerrungsfreien Betrieb bei einem Winkel von Null Grad.

Man beachte, daß bei den beiden Reflektoranordnungen gemäß Fig. 1-3 die Verzerrungen der ausgesendeten oder empfangenen reflektierten Wellenfronten ansteigen, wenn die Reflektoren aus der konvokalen und/oder koaxialen Lage verschoben v/erden. Bei der Anordnung mit drei Reflektoren gemäß Fig. 4 kann jedoch eine Verschiebung aus der koaxialen Lage vorgenommen werden, wobei trotzdem Gütezahlen erreicht bleiben, die mit der koaxialen und konvokalen Anordnung vergleichbar sind. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß die Anordnung mit drei Reflektoren die in Fig. 6 dargestellte Konfiguration besitzt.

Ö09847/Q847

Gemäß Fig. 6 sind der parabolische Hauptreflektor 10, der hyperbolische Unterreflektor 36 und der parabolische Unterreflektor 12 sequenziell konvokal wie in Fig. 4 angeordnet, sind aber nicht mehr koaxial. Im einzelnen durchläuft die Achse 40 des Unterreflektors 36 ihre Brennpunkte F und F^ und ist gegen die Achse 22 des Hauptreflektors 10 versetzt, die unter einem Winkel 2fi> ebenfalls durch den Brennpunkt F^ läuft. Der Unterreflektor 12 ist so angeordnet, daß seine Achse 42 durch den Brennpunkt F^ läuft und der äquivalenten Achse eines einzelnen Reflektors entspricht, der die Kombination des Hauptreflektors 10 und des Unterreflektors 36 ersetzen könnte und in bekannter V/eise das gleiche, doppelt gerichtete Wellenfrontmuster liefert. Die Achse 42 ist gegen die Achse 40 um einen Yinkel 2cC versetzt. Die Güte der Anordnung gemäß Fig. 6 entspricht der Güte der Anordnung gemäß Fig. 4, wenn

tan cC = m tan β (17)

ist, wobei m die Vergrößerung des Unterreflektors 36 angibt. Man beachte, daß die Anordnung gemäß Fig. 6 der Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht, wenn die Winkel 2cC und 2/3 gleich Null Grad sind.

Ungenauxgkeiten der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 lassen sich an der Speiseanordnung auf ähnliche Weise kompensieren, wie sie oben zur Kompensation einer Ungenauigkeit 18 auf der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors 10 für die Anordnung mit zwei Reflektoren gemäß Fig.1-3 beschrieben worden ist.

809847/0847

-2V-

Leerseite

Claims

- BLUMEAGH -WESER VB "CVi GBM · KRAMER"'"

PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND WIESBADEN

Patenlconsult Radeckestraße 45 8000 München 6Q Telefon (089) 6£5*037853604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult 'j

Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) Si29437561998 Telex 04-186237 Telegramme Paientconsult

Western Electric Company Incorporated Dragone,C.3-6 222 Broadway,, -New York, N-.Y, 10038, USA: ^:

P at en ta ns ρ r ü ehe

( 1.jMuItireflektor-Antennenanordnungmit wenigstens einem parabolischen Hauptreflektor, der eine Ausgangsapertur und einen geometrischen Brennpunkt besitzt, mit einem parabolischen Unterreflektor, dessen geometrischer Brennpunkt konvokal mit dem nächsten Reflektor entlang eines Übertragungsweges der Antennenanordnung angeordnet ist, und mit einer Speiseanordnung, die eine Vielzahl von Speiseelementen aufweist und auf den parabolischen Unterreflektor . gerichtet ist, ■-"":■

dadurch ge k e η η ζ ei c h η e t , daß die Speiseelemente der Speiseanordnung (14) im wesentlichen in einer Ebene (21 ^) angeordnet sind, die eine kon-■jugierte Ebene mit Bezug auf die Ausgangsapertur (Dq) des Hauptreflektörs (1O) ist.

009847/084?

München: R. Kramer Dipl.-lng. . W. Weser Dipl-Phys. Df. rer. nat, · H, P. Bfehm Dipl.-Chem, Dr. phü.-nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipi.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der parabolische Hauptreflektor (10) und der parabolische Unterreflektor (12) koaxial und konvokal angeordnet sind.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der parabolische Hauptreflektor (10) und der parabolische Unterreflektor (12) in einer versetzten Konfiguration angeordnet sind.
4. AntennenanOrdnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter fokussierender Unterreflektor (36) mit einem ersten und zweiten geometrischen Brennpunkt F und F^ vorgesehen ist, daß der zweite Unterreflektor zwischen dein Hauptreflektor (1O) und dem parabolischen Unterreflektor (12) entlang des Übertragungsweges der Antennenanordnung angeordnet ist, derart, daß der erste und zweite geometrische ■Brennpunkt des zweiten Unterreflektors (36) der Lage des geometrischen Brennpunktes des Hauptreflektors (10) bzw₆ ' des parabolischen Unterreflektors (12) entspricht,, und daß die Achse des Hauptreflektors und des parabolischen und des zweiten Unterreflektors entsprechend der Beziehung

tan cC = m tan S , angeordnet sind, wobei 2₍3 der Winkel zwischen der Achse

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des parabolischen Unterreflektors und des zweiten Unterreflektors ist, m die Vergrößerung des zweiten Unterreflektors angibt und 2 β der Winkel zwischen der Achse des Hauptreflektors und des zweiten Unterreflektors ist.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite fokussierende Unterreflektor (36) eine hyperbolische Oberfläche besitzt.
6. Antennenanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (10), der parabolische Unterreflektor (12) und der zweite Unterreflektor (36) in einer versetzten Konfiguration angeordnet sind.
7. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseelemente der Speiseanordnung (14) in einem kleinen Abstand von der konjugierten Ebene (Σ1 Λ so angeordnet sind, daß sich eine Phasenverteilungskontur entlang der konjugierten Ebene (Σ1 *) ergibt, die Phasendifferenzen ausgleicht, welche bestimmte Ungenauigkeiten der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors (10) in eine reflektierte ebene Wellenfront einführen.

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8. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, "bei der jedes Speiseelement der Speiseanordnung an eine getrennte Speiseleitung angeschlossen ist, die eine doppelt gerichtete Ausbreitung von Signalen zwischen dem zugeordneten Speiseelement und einer Schaltungseinrichtung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitverzögerungseinrichtungen in einzelne Speiseleitungen eingeschaltet sind, die eine Zeitverzögerung für die übertragenen Signale bewirken, um Phasendifferenzen zu kompensieren, die durch bestimmte Ungenauigkeiten der reflektierenden Oberfläche des Hauptreflektors in eine reflektierte ebene Wellenfront eingeführt werden.

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