DE2925158A1

DE2925158A1 - Kreuzdipolreihe mit reflektor

Info

Publication number: DE2925158A1
Application number: DE19792925158
Authority: DE
Inventors: Per Simon Kildal
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1981-01-08
Also published as: GB2052875A; FR2460051A1; FR2460051B3; NO152229B; NL8002314A; NO801856L; NO152229C; DE2925158C2

Description

Messerschmitt-BÖlkow-Blohm - k - Ottobrunn, 19. Juni 1979

Gesellschaft BTOl Bd/Ke

mit beschränkter Haftung

München 8533

Kreuzdipolreihe mit Reflektor

Die Erfindung betrifft eine Kreuzdipolreihe mit einem Reflektor zur Abstrahlung einer aus zwei linear polarisierten Wellen zusammengesetzten zirkular polarisierten Welle.

In der hohen Atmosphäre sind verschiedene ionisierte Schichten vorhanden, die freie Elektronen und positive Ionen in größerer Zahl enthalten. Die Ionisierung geschieht meist durch Fotoeffekt, d. h..durch Einwirkung kurzwelliger, ultravioletter Sonnenstrahlung, die in der hohen Atmosphäre restlos absorbiert wird. Da die Luftdichte in diesen Höhen sehr gering ist, rekombinieren die ladungen sehr langsam, so daß sich ein hoher Gleichgewichtswert der Ionisation einstellt. In der höchsten Schicht verschwindet diese so langsam, daß die ganze Nacht über ein Rest bestehen bleibt.

Bei Tage ist eine Unterteilung in drei Schichten möglich, die mit D, E und F bezeichnet werden. Für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist die äußere F-Schicht, die als F-2-Schicht bezeichnet wird, entscheidend. Ihr Ionisierungszustand folgt keinem einfachen Gesetz. Der Tagesverlauf ist je nach Jahreszeit, Längen- und Breitengrad sehr verschieden.

Für Funkverbindungen mit Satelliten und Weltraumfahrzeugen ist eine genaue Kenntnis der Beschaffenheit der äußeren Ionosphäre und Magnetosphäre erforderlich. Zu ihrer Erforschung bedient man sich der inkohärenten Streutechnik (scattering). Bei diesem Verfahren wird von einem Hochleistungssender und einer stark bündelnden Antenne eine kurzwellige Strahlung in

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die Atmosphäre abgestrahlt. Ein Teil der abgestrahlten Energie wird von der wolkenartigen Oberkante der E-Schicht nach Reflexion an der hohen F-2-Schicht zum Sendeort zurückgestreut. Aus der Größe der Rückstreuung (back-scattering) lassen sich Schlüsse auf das Verhalten der F-2-Schicht ableiten. Insbesondere ist dabei die Drehung der Polarisationsrichtung von Bedeutung. Für die Erforschung der äußeren Ionosphäre sind deshalb stark bündelnde Antennen erforderlich, die sämtliche Polarisationsrichtungen, d. h. linear, (horizontal, vertikal), zirkulär links, zirkulär rechts, gleichberechtigt senden und empfangen können.

Aber nicht nur zur Erforschung der Ionosphäre mit Hilfe von Radargeräten, sondern auch in anderen Fällen, z. B. zur Unterdrückung von Regenechos sind Radargeräte mit rein zirkularer Polarisation erforderlich. Außerdem wird für Funkverbindungen, insbesondere zu Satelliten und Weltraumfahrzeugen, bevorzugt zirkuläre Polarisation eingesetzt.

Zur Abstrahlung von linear oder zirkulär polarisierten elektromagnetischen Wellen ist es z. B. bekannt, Kreuzdipole zu verwenden. Soll ein stark gebündeltes Strahlungsdiagramm erzielt werden, so müssen mehrere Kreuzdipole in Form einer Reihe vor einem Reflektor angeordnet werden. Dabei sind aber die von den beiden Dipolen abgestrahlten Diagramme für longitudinale (d. h. in der Richtung der lcollinearen Dipole) und die transversale (d. h. in der Ebene senkrecht zu den kollinearen Dipolen) Polarisation nicht gleich. Vielmehr weist das Diagramm für die longitudinale Polarisation in der Ebene senkrecht zu den kollinearen Dipolen eine größere Strahlungsbreite auf. Eine derartige Antenne ist jedoch z. B. für die Erforschung der äußeren Ionosphäre nicht geeignet. Insbesondere ist es somit nicht möglich, eine Kreuzdipolreihe zur Erzielung einer noch stärkeren Richtcharakteristik als Primärstrahler für eine Spiegelantenne zu verwenden. Um einen hohen Flächenwirkungsgrad für zirkuläre Polarisation zu erzielen,

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ist es vielmehr erforderlich, daß die Strahlungsdiagramme in der zur Brennlinie senkrechten Ebene für beide Polarisationsrichtungen die gleiche Form aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Xreuzdipolreihe mit einem Reflektor zur Abstrahlung einer aus zwei linear polarisierten Wellen zusammengesetzten zirkulär polarisierten Welle anzugeben, die mit Hilfe einfacher technischer Mittel für die beiden linearen Polarisationen Strahlungsdiagranune mit gleicher Form in der zu den kollinearen Dipolen senkrechten Ebene aufweist und die Verbindung mit einem Spiegel einen sehr hohen Flächenwirkungsgrad bei günstigen Spiegelabmessungen sowie sine gute zirkuläre Polarisation der Gesaratantenne ergibt. Außerdem soll der Impedanzunterschied zwischen den die longitudinale und die transversale Polarisation abstrahlenden Dipolen augepaßt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kreuzdipolreihe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Reflektor für die transversale Polarisation als ebener und gleichzeitig durch Anbringung von Leiterelementen für die longitudinale Polarisation als Corner-Reflektor ausgebildet ist.

Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die mit der Erfindung erhielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Anpassung der Form der beiden von den longitudinalen und transversalen Dipolen erzeugten Strahlungsdiagranune in der zu den kollineeren Dipolen senkrechten Ebene eine zirkuläre Polarisation mit hohem Wirkungsgrad abgestrahlt wird. Wird die erfindungsgemäße Kreuzdipolreihe als Primärstrahler einer Zylinderparabolantenne mit dezentrierter Speisung verwendet, so erzielt man einen erheblich höheren Flächenwirkungsgrad. Bei Verwendung der· erfindungsgemäßen

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Kreuzdipolrexhe als primärstrahler können somit Spiegelantennen mit kleineren Abmessungen gebaut werden. Insbesondere bei VHF-Antennen mit großen Spiegeldurchmessern bringt die Erfindung eine erhebliche Material- und Kostenersparnis. Durch die Beseitigung des Impedanzunterschiedes zwischen den die longitudinale und die transversale Polarisation abstrahlenden Dipolen wird außerdem der Gesamtwirkungsgrad derartiger Antennen noch erhöht.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen!

Fig. la eine Seiten- oder Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kreuzdipolreihe;

Fig. Ib eine Draufsicht zu Fig. la;

Fig. 2 eine Zylinderparabolantenne mit der erfindungsgemäßen Kreuzdipolreihe als Primärstrahler.

In Fig. la und Ib sind auf einem ebenen Reflektor 11 Kreuzdipole 1, 2, .·., i, .·., η in einer Reihe angeordnet. Symmetrisch und parallel zu den kollinearen Dipolen der Kreuzdipole 1, 2, ··., i, ·-·, n, verlaufen stangenförmige Leiterelemente 21, 22 auf dielektrischen Stützen, 23» 2k in einem Abstand h über dem Reflektor 11. Dex"- Abstand h sowie der Abstand a der stangenförmigen Leiterelemente 21, 22 zu den kollinearen Dipolen beträgt vorzugsweise 0,45 der Betrisbswellenlänge Λ. Der Abstand der Kreuzdipole 1, 2, ···, i, ♦·«» untereinander beträgt 0,7 der Wellenlänge Λ. Parallel zu den kollinearen Dipolen der Kreuzdipole 1, 2_r ..., i, .·., n sind zusätzlich weitere stangenförmige Leiterelemente 31» angebracht, die mit der abschirmenden äußeren Halterung oder der Symmetrierung der Kreuzdipole 1, 2, ..., i, ·.·, n elektrisch leitend verbunden sind und einen geringen Abstand zum

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Reflektor 11 aufweisen. Eine elektrische Verbindung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Der Abstand zum Reflektor 11 beträgt vorzugsweise ungefähr 0,1 der Betriebswellenlänge λ. Der Durchmesser der stangenförmigen Leiterelemente 21, 22; 31, 32 beträgt ungefähr 0,025 der Betriebswellenlänge Λ · Ferner weisen die stangenförmigen Leiterelemente 21, 22; 31, 32 ungefähr die gleiche Länge wie der Reflektor 11 auf.

Die Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Anordnung der erfindungsgemäßen Kreuzdipolreihe als Primärstrahler einer Zylinderparabolantenne. Dabei sind die die longitudinal polarisierte Welle abstrahlenden Dipole der Kreuzdipole 1, 2, ..., i, ..., η in der Brennlinie des Zylinderparabolreflektors 12 und die die transversal polarisierte Welle abstrahlenden Dipole der Kreuzdipole 1, 2, ..., i, .··, η senkrecht dazu angeordnet. Die Abstrahlung der zirkulär polarisierten elektromagnetischen Welle erfolgt in Richtung dos Zylinderparabolreflektors 12. Die Abmessungen des Zylinderparabolreflektors 12 wurden im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß der Quotient pus der Länge des Reflektors in der Brennlinie und seinem dazu senkrechten Durchmesser ungefähr 0,4:5 beträgt. Dadurch wird neben einer hohen mechanischen Stabilität ein optimaler Flächenwirkungsgrad der Antenne von ungefähr 90 % bei vorausgesetzter gleichförrexger Erregung der Kreuzdipolreihe erreicht.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Kreuzdipolreihe zur Abstrahlung einer zirkulär polarisierten Welle besteht darin, eine Art polarisationsabhängigen Reflektor zu verwenden, der für die transversale Polarisation als ebener und dabei gleichzeitig für die longitudinale Polarisation als Corner-Reflektor wirkt. Dies wird erzielt durch die Anbringung der stangenförmigen Leiterelemente 21, 22 über einem ebenen Reflektor Die stangenförmigen Leiterelemente 31, 32 dienen zur Impedanzanpassung der longitudinalen und transversalen Dipole. Sie wirken für die longitudinale Polarisation wie eine Versetzung

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des Reflektors 11 ohne aber die Impedanz und das Strahlungsdiagramm der transversalen Polarisation zu beeinflussen. Der Einfluß dieser Leiterelemente 31. 32 auf das Strahlungsdiagramm der longitudinalen Polarisation ist vernachlässigbar klein.

Die erfindungsgemäße Kreuzdipolreihe ist als Primärstrahler von Spiegelantennen mit einer Brennlinie oder Brennebene besonders geeignet.

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Claims

Patentansprüche

{ 1. jKreuzdipolreihe mit einen Reflektor zur Abstrahlung einer aus zwei linear polarisierten Wellen zusammengesetzten zirkulär polarisierten Welle, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (ll) für die transversale Polarisation als ebener und gleichzeitig durch Anbringung von Leitereleraenten (21, 22) für die longitudinale Polarisation als Corner-Reflektor ausgebildet ist.

2. Kreuzdipolreihe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente (21, 22) Stangenform aufweisen, daß sie symmetrisch und parallel zu den kollinearen Dipolen dex· Kreuzdipole (l, 2, ..., i,..,ü) angeordnet sind und daß sie in einem bestimmten Abstand vcm Reflektor parallel zu diesem verlaufen.

3. Kreuzdipolreihe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterslesuente (21, 22) in einem Abstand (h) über dem Reflektor (ll) angeordnet sind, der kleiner ist als die halbe ßetri"sb swell enlänge (λ) der Kreuzdipole (l, 2, ..., i, ..., n).

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k. Kreuzdipolreihe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß bex einem Abstand der Kreuzdipole (l, 2, ..., i, .·., n) von l/k der Betriebswellenlänge vom Reflektor zu beiden Seiten der kollinearen Dipole je ein stangenförmiges Leiterelement im Abstand (a)/O,45 der Betriehwellenlänge (λ) angeordnet ist und daß die beiden Leiterelemente vom Reflektor ebenfalls einen Abstand (h) von 0,^5 der Petriebswellenlänge CK) aufweisen.

5. Kreuzdipolreihe nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet , daß zu beiden Seiten parallel zu den kcllinearen Dipolen zusätzlich in gleicher Weise weiters stangenförmige Leiterelemente (31> 32) angebracht sind, die einen geringen Abstand zum Reflektor (ll) aufweisen.

6. Kreuzdipolreihe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzlichen stangenförmigen Leiterelement«2 (Jl, 32) vorzugsweise in einem Abstand von ungefähr 0,1 der Betriebswellenlänge (a) vom Reflektor angeordnet sind.

7. Kreuzdipolreihe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die stangenförmigen Leiterelemente (21, 22; 311 32) einen Durchmesser von der Größenordnung 0,025 der Betriebswellenlänge (λ) aufweisen.

8. Kreuzdipolreihe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterelemente (21, 22; 3ii 32) die gleiche Länge aufweisen wie der Reflektor (ll).

9. Kreuzdipolreihe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die die longitudinal polarisierte Welle abstrahlenden Dipols der Kreuzdipole

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ti, 2, ..., i, -♦·, η) parallel in der Brennlinie eines Zylinderparabolreflektors (l2) und die die transversal polarisierte Welle abstrahlenden Dipole der Kreuzdipole (l, 2, ·.., i, »··! n) senkrecht dazu angeordnet sind, wobei die Abstrahlung in Richtung des Zylinderparabolreflektors (12) erfolgt.

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