DE2947910C2 - Cassegrain-Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, einem Fangreflektor und einem eine zentrale Öffnung aufweisenden Hauptreflektor besteht und außerdem mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehen ist, die ein wellenbündelndes Mittel, d. h. eine dielektrische Linse oder einen Zusatzreflektor, aufweist, welches in den Primärstrahlweg hineinbewegbar ist und derart fokussierend ausgebildet ist, daß bei Positionierung in den Primärstrahlweg lediglich ein Teil des Hauptreflektors ausgeleuchtet ist.

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 das 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 Weltraumfunküberwachung dienen. Eine Keulenverbreiterung der Antenne während der Zielsuche verkürzt eine solche Suche erheblich, was eine bei der Erfassung von bewegten Objekten oft unabdingbare Voraussetzung ist

Aus der DE-OS 25 10 574 ist eine Cassegrain-Antenne bekannt, bei der eine Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung durch ein wellenbündelndes Mittel gebildet wird, das in den Primärstrahlweg hineinbewegbar ist und das derart fokussierend ausgebildet ist, daß bei bestimmter Positionierung lediglich ein Teil des Hauptreflektors ausgeleuchtet wird. Die hierbei verwendete Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung wird jedoch nicht nur durch das wellenbündelnde und in den Primärstrahlweg hineinbewegbare Mittel gebildet Wesentlicher Bestandteil dieser Einrichtung ist der Primärstrahler, der mittels einer Stange entlang der Hauptreflektorsymmetrieachse zwischen zwei Positionen längsverschiebbar ist Im Normalbetrieb (schmale Hauptstrahlungskeule) befindet sich der Primärstrahler in einer Position nahe am Hauptreflektor und infolge dieser Primästrahlerstellung ist der Hilfsreflektor so eingestellt, daß seine konvexe Fläche wirksam ist. Im Ausrichtbetrieb (breite Hauptstrahlungskeule) befindet sich der Primärstrahler dagegen in einer Position nahe am Hilfsreflektor und infolge dieser Primärstrahlerstellung ist der Hilfsreflektor so eingestellt, daß seine konkave Fläche wirksam ist. Die Strahlungskeulenverbreiterung wird somit bei dieser bekannten Anordnung sowohl durch Primärstrahlerlängsverschiebung als auch durch Umpositionierung eines wellenbündelnden Mittels und zwar des Hilfsreflektors erzielt. Die Primärstrahlerverschiebung ergibt hierbei Schwierigkeiten wegen der angeschlossenen Speiseleitungen, die flexibel oder verlängerbar sein müssen. Einrichtungen zur mechanischen Bewegung des Fangreflektors wirken sich gewöhnlich ebenfalls störend aus, da sie im Abstrphlungsbereich des Hauptreflektors vorgenommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-Antenne der eingangs genannten Art eine Lösung anzugeben, bei der man zum einen ohne mechanische 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.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Cassegrain-Antenne der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Primärstrahler hinter der zentralen Öffnung des Hauptreflektors angeordnet ist, daß das wellenbündelnde Mittel hinter dem Hauptreflektor angebracht und hinter dessen Öffnung positionierbar ist und derart fokussierend ausgebildet ist, daß bei seiner Positionierung in den Primärstrahlweg lediglich ein Teil des Fangreflektors 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 Strahlungsei-

h5 genschaften der Cassegrain-Antenne auswirken. Für eine gute Wirkung ist es wichtig, daß der ausgeleuchtete Teilbereich des Fangreflektors noch genügend groß gegenüber der Wellenlänge ist.

Aus der DE-OS 25 20 498 ist es bekannt, hinter der zentralen öffnung des Hauptreflektors einer Cassegrain-Antenne den Primärstrahler und einen oder mehrere Zusatzreflektoren anzuordnen. Eine reversible Strahiungskeulenverbreiterung wird nr.t diesen Zusatzreflektoren jedoch nicht bewerkstelligt

Die Cassegrain-Antenne nach der Erfindung kann neben dem Hauptreflektor und dem Fangreflektor noch einen oder mehrere Hilfsreflektoren zur Primärstrahlumlenkung aufweisen. Bei der Verwendimg 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.

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.

Wird bei der nach der Erfindung ausgebildeten Cassegrain-Antenne als Einrichtung zur reversiblen Strahiungskeulenverbreiterung 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.

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 Hiflsreflektor oder der ebenfalls strahlumlenkende, aber zusätzlich noch fokussierende Zusatzreflektor in den Primärstrahlweg positionieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert, die in zwei Figuren dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht den schematischen Aufbau einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne mit einer positionierbaren Linse zur Reflektorteilausleuchtung, und

F i g. 2 eine Seitenansicht des schematischen Aufbaus einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne mit einem einschwenkbaren fokussierenden Zusatzreflektor zur Teilausleuchtung des Fangreflektors und Hauptreflektors.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Nahfeld-Cassegrain-Antenne besteht aus einem Primärstrahler 1, z. B. 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. Diese Strahlverlaufsrichtiing gilt tür den Sendefall.

während für den Empfangsfall c'ie Strahlung hinsichtlich ihrer Richtung umgekenrt ist. Zwischen den Hilfsreflektoren 2 und der öffnung 5 des Hauptreflektors 4 ist eine aus dielektrischem Material bestehende Linse 6 für elektromagnetische Wellen eingezeichnet. Diese Linse 6 ist in den Primärstrahlweg zwischen dem Hilfsrefiaktur 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-Antenne 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. hineingeklappt ist Dabei ist vorausgesetzt, daß der teiiausgeleuchtete 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 F i g. 2 dargestellte Beispiel. Es werden somit in den beiden Fällen unterschiedliche Bereiche des Hauptreflektors ausgeleuchtet, da bei in den Primärstrahlweg hineingeklappter 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).

Ist die dielektrische Linse 6 nicht in den Primärstrahl-.weg hineinbewegt worden, tritt also die Aperiurbelegungsfunktion 10 auf, dann ergibt sich die normale schmale Strahlungskeule 12, welche in F i g. 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.

Eine andere Bündelungsvorrichtung im Primärstrahlweg einer Nahfeld-Cassegrain-Antenne ist in F i g. 2 dargestellt. Auch diese Antenne besteht aus einem

jo Primärstrahler 1, z. B. 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 die über den Hilfsreflektor 2 umgelenkte Strahlung auf den Fangreflektor 3 und von dort auf den Hauptrcflektor 4. Diese Strahlverlaufsrichtung gilt ebenfalls nur für den Sendefall, während für den Empfangsfall die Strahlrichtung umgekehrt ist. 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 F i g. 2 durch einen Pfeil

h^r> a·;gedeutete Schwenkvorrichtung 15 vorgesehen, so daß sich entweder der Hilfsreflektor 2 oder der ebenfalls strahlumlenkende Zusatzreflektor 14 in den Primärstrahlweg positionieren läßt. Ist der Hilfsreflek-

tor 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 ausgeleuchtet. In Position I dagegen erfolgt eine Totalausleuchtung des Fangreflektors 3 und auch des Hauptreflektors 4. Rechts von der Antennenappertur 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 F i g. 2 dargestellt ist. Der Belegungsfunktion 17 und damit der Position Il des Zusatzreflektors 14 entspricht im wesentlichen die erheblich verbreiterte, gestrichelt dargestellte Strahlungskeule 19 ebenfalls in F i g. 2 rechts außen.

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 F i g. 2 der

ίο 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 F i g. 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, einem Fangreflektor und einem eine zentrale Öffnung aufweisenden Hauptreflektor besteht und außerdem mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehen ist, die ein wellenbündelndes Mittel, d. h. eine dielektrische Linse oder einen Zusatzreflektor, aufweist, welches in den Primärstrahlweg hineinbewegbar ist und derart fokussierend ausgebildet ist, daß bei Positionierung in den Primärstrahlweg lediglich ein Teil des Hauptreflektors ausgeleuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler (1) hinter der zentralen Öffnung (5) des Hauptreflektors (4) angeordnet ist, daß das wellenbündelnde Mittel (6,14) hinter dem Hauptreflektor (4) angebracht und hinter dessen Öffnung (5) positionierb&r ist und derart fokussierend ausgebildet ist, daß bei seiner Positionierung in den Primärstrahlweg lediglich ein Teil des Fangreflektors (3) ausgeleuchtet ist

2. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Linse (6) eine Einrichtung (7, 9) zum Hereinschieben dieser Linse (6) in den Primärstrahlweg vorgesehen ist.

3. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Linse (6) eine Einrichtung (8, 9) zum Hereinklappen dieser Linse (6) in den Primärstrahlv/eg vorgesehen ist.

4. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Zusatzreflektors (14) dieser an der Rückseite eines hinter der Öffnung (5) des Hauptreflektors (4) angeordneten, strahlumlenkenden Hilfsreflekiors (2) und zwar Rücken an Rücken mit diesem angebracht ist und daß eine Schwenkvorrichtung (15) zur gemeinsamen Schwenkung des Hilfsreflektors (2) und des Zusatzreflektors (14) vorgesehen ist, so daß sich entweder der Hilfsreflektor (2) oder der ebenfalls strahlumlenkende, aber außerdem fokussierende Zusatzreflektor (14) in den Primärstrahlweg positionieren läßt.