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Cassegrain-Antenne
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Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Einrichtung zur reversiblen
Strahlungskeulenverbreiterung versehene Cassegrain-Antenne, insbesondere Nahfeld-Cassegrain-Antenne,
die aus einem Primärttersthehetr,einem Fangreflektor und einem Hauptreflektor/,
der eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche die eventuell über einen oder mehr
Hilfsreflektoren umgelenkte Primärstrahlung auf den Fangreflektor und von dort zum
Hauptreflektor gelangt.
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Die Ausrichtung von Richtantennen auf ein vorgegebenes Ziel ist um
so schwieriger, je schmäler die Strahlungskeule der Antenne ist. Selbst in Fällen,
in denen eine automatische Nachführung, beispielsweise unter Verwendung eines Peildiagramms
möglich ist, muß daß zu erfassende Ziel erst in den sogenannten Fangbereich der
Antenne gelangen. Der Fangbereich üblicher Richtantennen hängt aber eng mit deren
Keulenbreite zusammen. Das Problem der Ausrichtung wird besonders gravierend, wenn
die Positionsdaten
des zu erfassenden Zieles nicht oder nur ungenau
bekannt sind, und wenn ein häufiger Wechsel auf verschiedene Ziele erfolgen soll.
Ein solcher Wechsel ist beispielsweise bei Satellitenbodenstationen nötig, die zur
We2traumfunküberwachungdienen. Eine Keulenverbreiterung der Antenne während der
Zielsuche verkürzt eine solche Suche erheblich, was eine bei der Erfassung von bewegten
Objekten oft unabdingbare Voraussetzung ist.
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Eine aus "NTG-Fachberichte", Band 52, 1975, Seiten 178 bis 186, insbesondere
Bild 6d, bekannte Methode zur Keulenverbreiterung besteht in der Erregerdefokussierung
bei Reflektorantennen. Eine Erregerdefokussierung durch eine Primärerregerverschiebung
ist wegen der angeschlossenen Speiseleitungen meistens nur schwer zu realisieren.
Flexible Kabel oder Drehkupplungen erschweren beispielsweise die Ubertragung von
Peilsignalen oder von zirkularer Polarisation. Bei Cassegrain-Antennen ist eine
axiale Verschiebung des Fangreflektors möglich. Messungen an Nahfeld-Cassegrain-Antennen,
wie sie im Satellitenfunk vielfach verwendet werden, haben Jedoch ergeben, daß durch
Fangreflektorverschiebungen nur geringe Änderungen der Strahlbreite erreicht werden
können.
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Eine andere Methode zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-Antenne
ist aus Bild 6e der gleichen Literaturstelle bekannt. Hierbei werden ein innerer
und ein äußerer Bereich des Fangreflektors in Axialrichtung so gegeneinander verschoben,
daß gegenphasige Aperturfeldbereiche und ein sektorähnlich geformtes Diagramm entstehen.
Durch diese bekannte Maßnahme wird etwa eine Verdoppelung der Strahlbreite erreicht.
Hierbei müssen jedoch die Einrichtungen zur reversiblen mechanischen Verschiebung
am Fangreflektoraufbau angeordnet sein, was sich bei manchen Antennenkonstruktionen
störend auswirkenkann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde , zur Strahlungskeulenverbreiterung
bei einer Cassegrain-Antenne der eingangs genannten Art eine Lösung anzugeben, bei
der man zum einen ohne machanische Beeinflussung des im Strahlungsfeld des Hauptreflektors
liegenden Fangreflektors auskommt und bei der andererseits am Primärerreger auch
keine Maßnahmen zur Verschiebung o.dgl. getroffen werden müssen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einrichtung
zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung durch ein wellenbündelndes Mittel,
d.h.
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eine dielektrische Linse oder einen Zusatzreflektor gebildet wird,
welches in den Primärstrahlweg und zwar räumlich hinter der zentralen Öffnung des
Hauptreflektors hereinbewegbar ist, und daß die Linse bzw. der Zusatzreflektor derart
fokussierend ausgebildet ist, daß bei Positionierung in den Primärstrahlweg lediglich
ein Teil des Fangreflektors und damit auch ein Teil des Hauptreflektors ausgeleuchtet
ist. Die mechanische Einrichtung zur Betätigung der Strahlungskeulenverbreiterung
läßt sich somit hinter dem Hauptreflektor anbringen und kann sich nicht mehr störend
auf den konstruktiven Aufbau vor dem Hauptreflektor oder gar negativ auf die Strahlungseigenschaften
der Cassegrain-Antenne auswirken. Für eine gute Wirkung ist es wichtig, daß der
ausfeleuchteten Teilbereich des Fangreflektors noch genügend groß gegenüber der
Wellenlänge ist.
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Die Antenne kann neben dem Hauptreflektor und dem Fangreflektor noch
einen oder mehrere Hilfsreflektoren zur Primärstrahlumlenkung aufweisen. Bei der
Verwendung eines oder mehrerer solcher Hilfsreflektoren ist es erforderlich, daß
deren eventuell auch nur
teilausgeleuchtete Abschnitte noch so groß
gegen die Wellenlänge sind, daß eine Strahlausbreitung entsprechend der geometrischen
Optik annähernd möglich ist.
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Ist die Cassegrain-Antenne in der Lage, über den Erreger auch Peilwellen
zu empfangen (Modenkoppler), so wird durch die Teilausleuchtung der Reflektoren
auch die Breite des Peildiagramms und damit der sogenannte Auffangbereich für eine
automatische Nachführung der Antenne vergrößert.
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Das Prinzip der Strahlaufweitung einer Spiegelantenne mittels einer
Vergrößerung der Erregerbündelung ist aus der eingangs genannten Literaturstelle
und zwar aus Bild 6f bekannt. Hierbei handelt es sich Jedoch um eine Einspiegelantenne,
bei der auf den Primärerreger zur Änderung der Erregerbündelung ein Aufsatz eingeschwerkt
werden kann.
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Eine Strahlaufweitung einer strahlungsgespeistenphasengesteuerten
Antennedurch eine Teilausleuchtung von seiten des Primärstrahls ist aus der DE-OS
27 29 110 bekannt. Hierbei lassen sich zu einem zentralen Erregerbereich um diesen
herum angeordnete Erregerbereiche strahlungsmäßig zuschalten, so daß sich eine höhere
Primärstrahlbündelung ergibt und als Wirkung davon ein aufgeweiteter Antennenstrahl
entsteht.
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Reflektorantennen, bei denen sich verschieden ausgebildete Primärstrahler
u.a. auch zu unterschiedlichen Ausleuchtungen des Reflektors in dessen Brennpunkt
bewegen lassen, sind aus der DE-OS 21 33 842 bekannt.
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Bei den beiden letztgenannten bekannten Anordnungen werden aber zur
Strahlverbreiterung immer die Primär-
erregerkonstruktionen beeinflußt,
was wegen der dort angeschlossenen Speiseleitungen zu größeren Schwierigkeiten führen
kann.
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Wird bei der nach der Erfindung ausgebildeten Cassegrain-Antenne als
Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung eine dielektrische Linse
verwendet, so kann diese zu diesem Zweck entweder durch eine radiale Verschiebung
oder aber durch einen Hereinklappvorgang in den Primärstrahlweg hineinbewegt werden.
Bei Nahfeld-Cassegrain-Antennen befindet sich die Linse in ihrem Betriebszustand
vor der Apertur des gesamten Speisesystems, d.h. unmittelbar hinter der Öffnung
in Scheitelnähe des Hauptreflektors. Die Linse ist in diesem Fall nicht größer als
die Apertur des Speisesystems, fokussiert jedoch die Erregerstrahlung auf den Innenbereich
des Fangreflektors.
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Eine technisch besonders interessante Lösung ergibt sich dann, wenn
anstelle der dielektrischen Linse zur reversiblen Strahlverbreiterung ein Zusatzreflektor
verwendet wird, welcher an der Rückseite eines hinter der Öffnung des Hauptreflektors
angeordneten, strahlumlenkenden Hilfsreflektors und zwar Rücken an Rücken zu diesem
angebracht ist. Mit einer Schwenkvorrichtung zur gemeinsamen Schwenkung des Hilfsreflektors
und des Zusatzreflektors läßt sich dann entweder der Hilfsreflektor oder der ebenfalls
strahlumlenkende, aber zusätzlich noch fokussierende Zusatzreflektor in den Primärstrahlweg
positionieren.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen
erläutert, die in zwei Figuren dargestellt sind. Es zeigen
Fig.
1 in einer Seitenansicht den schematischen Aufbau einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne
mit einer positionierbaren Linse zur Reflektorteilausleuchtung, und Fig. 2 eine
Seitenansicht des schematischen Aufbaus einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne mit einem
einschwenkbaren fokussierenden Zusatzreflektor zur Teilausleuchtung des Fangreflektors
und Hauptreflektors.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Nahfeld-Cassegrain-Antenne
besteht aus einem Primärstrahler 1, z.B.
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einem Hornstrahler, einem die Strahlung des Primärstrahlers 1 umlenkenden
Hilfsreflektor 2, einem Fangreflektor 3 und einem Hauptreflektor 4. Der Hilfsreflektor
2 ist hinter einer zentralen Öffnung 5 im Scheitelbereich des Hauptreflektors 4
angeordnet. Durch diese Öffnung 5 gelangt im Sendefall die über den Hilfsreflektor
2 umgelenkte Primärstrahlung auf den Fangreflektor 3 und von dort auf den Hauptreflektor
4.
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Diese Strahlverlaufsrichtung gilt für den Sendefall, während für den
Empfangsfall die Strahlung hinsichtlich ihrer Richtung umgekehrt ist. Zwischen den
Hilfsreflektoren 2 und der Öffnung 5 des Hauptreflektors 4 ist eine aus dielektrischen
Material bestehende Linse 6 für elektromagnetische Wellen eingezeichnet. Diese Linse
6 ist in den Primärstrahlweg zwischen dem Hilfsreflektor 2 und dem Fangreflektor
3 entweder hineinklappbar oder hineinschiebbar. Die Schiebebewegung ist durch den
Doppelpfeil 7 angedeutet, während die Klappbewegung durch eine Klappachse 8 dargestellt
werden soll. Die Halterung der dielektrischen Linse 6 mit dem Klapp- bzw. Schiebeantrieb
ist einem Gehäuse 9 untergebracht. Rechts von der Cassegrain-Antennen sind zwei
Aperturbelegungsfunktionen 10 und 11 dargestellt. Die durchgezogen gezeichnete Belegungsfunktion
10 ergibt
sich bei für hohe Richtwirkung ausgelegten Antennen dann,
wenn die dielektrische Linse 6 nicht in den Primärstrahlweg eingeklappt bzw. eingeschoben
ist. Eine der gestrichelt gezeichneten Belegungsfunktion 11 annähernd ähnliche Belegungsfunktion
tritt dann über die Apertur der Cassegrain-Antenne auf, wenn die dielektrische Linse
6 in den Primärstrahlweg hineingeschoben bzw. hingeklappt ist. Dabei ist vorausgesetzt,
daß der teilausgeleuchtete Bereich des Fangreflektors so groß gegenüber der Wellenlänge
und die Entfernung des Fangreflektors vom fokussierenden Reflektor so gewählt ist,
daß die Strahlaufweitung bis in die Apertur noch wenigstens annähernd nach den Gesetzen
der geometrischen Optik erfolgt. Dies gilt auch für das in Fig. 2 dargestellte Beispiel.
Es werden somit in den beiden Fällen unterschiedliche Bereiche des Hauptreflektors
ausgeleuchtet, da bei in den Primärstrahlweg hinein geklappter bzw. hineingeschobener
Linse 6 eine Fokussierung stattfindet, welche zur Folge hat, daß nur ein kleinerer
Bereich des Fangreflektors 3 und nicht der gesamte Fangreflektor 3 ausgeleuchtet
wird (gestrichelt gezeichneter Strahlweg).
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Ist die dielektrische Linse 6 nicht in den Primärstrahlweg hineinbewegt
worden, tritt also die Aperturbelegungsfunktion 10 auf, dann ergibt sich die normale
schmale Strahlungskeule 12, welche in Fig. 1 rechts außen dargestellt ist. Wird
dagegen die dielektrische Linse 6 in den Primärstrahlweg hineingeklappt bzw. hineingeschoben,
so tritt aufgrund der Belegungsfunktion 11 die gestrichelt gezeichnete , verbreiterte
Antennenkeule 13 der Cassegrain-Antenne auf.
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Eine andere Bündelungsvorrichtung im Primärstrahlweg einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne
ist in Fig. 2 dargestellt. Auch diese Antenne besteht aus einem Primärstrahler 1,
z.B. einen Hornstrahler, einem die Strah-
lung des Primärstrahlers
1 umlenkenden Hilfsreflektor 2, einem Fangreflektor 3 und einem Hauptreflektor 4.
Der Hilfsreflektor 2 ist hinter einer zentralen Öffnung 5 im Scheitelbereich des
Hauptreflektors 4 angeordnet.
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Durch diese Öffnung 5 gelangt die über den Hilfsreflektor 2 umgelenkte
Strahlung auf den Fangreflektor 3 und von dort auf den Hauptreflektor 4. Diese Strahlverlaufsrichtung
gilt ebenfalls nur für den Sendefall, während für den Empfangsfall die Strahlrichtung
umgekehrt ist.
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An der Rückseite des Hilfsreflektors 2 ist Rücken an Rücken mit diesem
ein strahlfokussierender Zusatzreflektor 14 angebracht. Zur gemeinsamen Schwenkung
des Hilfsreflektors 2 und des Zusatzreflektors 14 ist eine in Fig. 2 durch einen
Pfeil angedeutete Schwenkvorrichtung 15 vorgesehen, so daß sich entweder der Hilfsreflektor
2 oder der ebenfalls strahlumlenkende Zusatzreflektor 14 in den Primärstrahlweg
positionieren läßt.
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Ist der Hilfsreflektor 2 für die Umlenkung des Primärstrahls wirksam,
so befindet sich der Zusatzreflektor 14 in seiner mit einer durchgezogenen Linie
dargestellten Position I. Ist dagegen der Zusatzreflektor 14 für die Umlenkung des
Primärstrahls zuständig, so befindet sich dieser in der gestrichelt dargestellten
Position II. In der Position II wird lediglich ein kleiner innerer Bereich des Fangreflektors
3 und damit auch nur ein kleinerer Bereich des Hauptreflektors 4 aufgeleuchtet.
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In Position I dagegen erfolgt eine Totalausleuchtung des Fangreflektors
3 und auch des Hauptreflektors 4.
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Rechts von der Antennenapertur sind zwei Belegungsfunktionen 16 und
17 dargestellt. Die durchgezogen gezeichnete Belegungsfunktion 16 ergibt sich bei
für hohe Richtwirkung ausgelegten Antennen in der Stellung I des Zusatzreflektors
14, wogegen die gestrichelt gezeichnete Belegungsfunktion 17 in Position II des
Zusatzreflektors 14 auftritt. Der Belegungsfunktion 16 und damit der Position I
des Zusatzreflektors 14 entspricht die
verhältnismäßig schmale
Strahlungskeule 18, die rechts außen in Fig. 2 dargestellt ist. Der Belegungsfunktion
17 und damit der Position II des Zusatzreflektors 14 entspricht im wesentlichen
die erheblich verbreiterte, gestrichelt dargestellte Strahlungskeule 19 ebenfalls
in Fig. 2 rechts außen.
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Soll somit mittels der dargestellten Cassegrain-Antenne zunächst ein
Ziel/erfaßt werden, so wird die Strahlungskeule zunächst verbreitert, d.h. es wird
bei der Anordnung nach Fig. 1 die dielektrische Linse 6 in den Primärstrahlweg hineingeschoben
bzw. hineingeklappt oder es wird in der Anordnung nach Fig. 2 der Zusatzreflektor
14 in die Position II gebracht. Es ergibt sich dann, wie in den beiden Figuren jeweils
rechts dargestellt ist, die Strahlungskeule 13 bzw. 19. Nachdem mittels der verbreiterten
Antennenkeule die Antenne auf das Ziel ausgerichtet wurde, wird in der Anordnung
nach Fig. 1 die dielektrische Linse 6 wieder aus dem Primärstrahlweg herausgeschoben
oder herausgeklappt bzw. in der Anordnung nach Fig. 2 der Zusatzreflektor 14 von
Position II in Position I gebracht, so daß eine ganz normal arbeitende Cassegrain-Antenne
entsteht. Damit ist die ursprüngliche, schmale Antennenkeule 12 bzw. 18 wieder hergestellt.
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4 Patentansprüche 2 Figuren