DE2947934C2 - Cassegrain-Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Cassegrain-Antenne, insbesondere Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die mit einem Primärstrahler, einem Fangreflektor, einem Hauptreflektor und einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehen ist die durch Erzeugung einer konzentrischen Abstufung im Fangreflektor realisiert ist so daß sich durch die Abstufung eine Wellenphasenverschiebung der am Fangreflektor in diesem Bereich reflektierten Welle ergibt

Die Ausrichtung von Richtantennen auf ein vorgegebenes Ziel ist um so schwieriger, je schmäler die von ihnen erzeugte Strahlungskeule ist Selbst in solchen Fällen, in denen eine automatische Nachführung,

ίο beispielsweise unter Verwendung eines Peildiagramms möglich ist muß das zu erfassende Ziel erst in den sogenannten Fangbereich der Richtantenne gelangen. Der Fangbereich üblicher Antennen hängt aber eng mit der von ihnen erzeugten 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 häufigerer Wechsel auf verschiedene Ziele erfolgen soll. Ein solcher Wechsel ist beispielsweise bei Satellitenboden-Stationen nötig, die zur Wehraumfunküberwachung dienen. Eine Keulenverbreiterung der Antenne während der Zielsuche verkürzt die Zielsuche erheblich, was eine bei bewegten Objekten oft unabdingbare Voraussetzung ist

Eine Methode zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-Antenne ist aus »NTG-Fachberichte« Band 22, 1975, Seiten 178 bis 186, Bild6e 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 die Maßnahme wird etwa eine Verdoppelung der Strahlbreite erreicht Die Verschiebung der Fangreflektorringe gegeneinander läßt sich jedoch bei dieser bekannten Methode aus mechanischen Gründen oft nicht oder nur schwer mit der erforderlichen Geschwindigkeit ausführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-

AO Antenne der eingangs genannten Art eine Lösung jmzugeben, die eine sehr schnelle Durchführung des Fokussierungs- und Defokussierungsvorgangs ermöglicht, sich aber dabei konstruktiv trotzdem genau und einfach realisieren läßt

1 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die Abstufung durch eine Vielzahl von Strahlungsreflektierenden und Abschnitte eines Kreisringes darstellenden Segmenten gebildet ist, die rund

• um den Fangreflektor an diesem außen angelenkt und mittels einer Klappvorrichtung so betätigbar sind, daß sie in ihrer Betriebsstellung auf dem Fangreflektor aufliegen und in ihrer Außerbetriebssiellung sowohl außerhalb des Strahlungsgangs zwischem dem Primärstrahler und dem Fangreflektor als auch außerhalb des Strahlengangs zwischen dem Fangreflektor und Hauptreflektor liegen.

Durch u<» Einklappen üci in:i einer geeigneten

Krümmung versehenen metallischen Segmente auf den Fangreflektor ergibt sich die Möglichkeit insbesondere durch Abflachung der Segmente gegenüber dem festen Fangreflektor, einen an den Phasenwechsel besser angepaßten Amplitudengang in der Apertur zu erzeugen. Dadurch können die Nebenzipfel des Sektordiagramms reduziert werden. Bezüglich der Nebenzipfeidämpfung besser angepaßt ist ein Amplitudengang, wenn die Amplitude am Aperturrand und im Bereich des Phasensprungs (von beispielsweise 180°) abgeschwächt ist, und der Übergang in diese Abschwä-

chungszonen möglichst gleichmäßig erfolgt Durch Abflachung der Segmente wird die von ihnen reflektierte Energie stärker auf einen ringförmigen Teilbereich des Hauptreflektors konzentriert, wodurch sich eine Feldabschwächung am äußeren Rand des Hauptreflektors und in dem weiter innen liegenden Bereich des Phasensprungs ergibt. Durch d2s Klappen der Segmente wird eine raschere Änderung der Strahlbreite der Antenne ermöglicht, als dies bei Translation-bewegungen zur Axialverschiebung eines to konzentrischen Fangreflektors möglich ist.

Aus der DE-AS 12 96 221 ist es bereits bekannt, zur Strahlungskeulenverbreiterung mittels Klappvorrichtungen bewegbare, rund um den Fangreflektor angeordnete Reflektorsegmente, allerdings in ei .. anderen i> elektrischen Funktion zu verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in 3 Figuren dargestellten Ausführung!; eispiels näher erläutert. Es zeigt

z- Fig. 5 eine schemati? f-e seitliche Ansicht einer ^o i'Nahfeld-Cassegrain-Antennv mit Strahlaufweitung E durch Phasenwechsel in der Apertur,
-"- Fig.2 die schematische Seitenansicht eines Fangre- z flektors mit Klappsegmenten zur Verwendung in einer - Cassegrain-Antenne nach F i g. 1 und

Fig.3 eine Draufsicht auf den Fangreflektor nach ErT ig-2.

i"r Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Nahfeld-Cas- ^segrain-Antenne besteht aus einem Primärregler 1 in ι Form eines Hornstrahler, einem eine Prirr.ärstrahlum- liö ζ lenkung bewirkenden Hilfsreflektor 2, einem Fangreflektor 3 und einem Hauptreflektor 4. Der Hauptreflekr/.tor 4 weist in seinem Scheitelbereich eine Öffnung 5 auf, durch welche die Strahlung zwischen dem Hüfsreflektor z:2 und dem Fangreflektor 3 gelangt. Am Fangreflektor 3 3j = ist ein in der Fi g. 1 gestrichelt dargestellter ringförmizrger äußerer Bereich 6 gegenüber dem eigentlichen = Fangreflektor 3 abgestuft. Die Abstufung beträgt —beispielsweise eine viertel Wellenlänge. Dieser Bereich £j6 ist insgesamt hinter den Fangreflektor 3 auf die dem r:Hauptrefiektor abgewandte Seite klappbar und dient ζ der Keulenverbreiterung. Der bei Einschaltung der Keulenverbreiterung wirksame Fangreflektor besteht Esomit aus einem inneren Bereich 7 und dein äußeren, ^ringförmigen und abgestuften Bereich 6. Die Ausführung des Fangreflektors 3 mit dem klappbaren Bereich 6 ist in den später beschriebenen Fig.2 und 3 im einzelnen dargestellt. Rechts von der Antennenapertur sind in F i g. 1 zwei Aperturbelegungsfunktionen 8 und 9 eingezeichnet. Die durchgezogen dargestellte, bei Antennen hoher Richtwirkung auftretende Belegungsfunktion S tritt dann auf, wenn die Cassegrain-Antenne ohne den gestrichelt dargestellten ringförmigen Bereich 6 betrieben wird, während die gestrichelt dargestellte Belegungsfunktion 9 dann entsteht, wenn der ringförmige Bereich 6 auf den Fangreflektor 3 geklappt ist und die entstehende Stufe eine Tiefe von A/4 hat. Der Belegungsfunktion 8 entspricht die in F i g. 1 rechts außen dargestellte und durchgezogen gezeichnete Strahlungskeule 10, d. h. die normale Antennenkeule ohne Aufweitung. Dagegen ergibt sich bei der Belegungsfunktion 9 die gestrichelt gezeichnete und in Fig. 1 ebenfalls rechts außen dargestellte Strahlungskeuie 11, die gegenüber der Strahlungskeule iO hinsichtlich ihrer Breite etwa verdoppelt ist. Die Nebenzipfel der breiten Keule 11 sind zwar höher als bei der schmalen Keule 10, jedoch niedriger als die bei konstanter Belegungsamplitude und Phasensprung sich ergebenden NebenzipfeL Das technische Problem der Strahlaufweitung wird somit dadurch gelöst, daß mittels zueinander abgestufter konzentrischer Bereiche 6 und 7 des Fangreflektors 3 in der Antennenapertur ebenfalls konzentrische Belegungsbereiche mit beispielsweise 180° Phasenunterschxd erzeugt werden, vgl. dazu die Belegungsfunktion 9. Bei geeignetem Flächenverhältnis dieser Bereiche 6 und 7 wird, abhängig von - jeweils vorliegenden Amplitudenverteilung, in der A₁ .riur die sektorähnliche Antennenkeule 11 erzeugt, deren Breite prinzipiell von der Zahl der Phasenwechsei abhängt. Tritt wie in F i g. 1 dargestellt, nur ein Phasenwechsel auf, ist also der äußere Aperturbereich in der Belegungsfunktion 9 in Gegenphase zum inneren Bereich, dann tritt etwa eine Verdoppelung der Strahlbreite auf.

Je nach Aperturbelegung und Antennendurchmesser kann es vorteilhaft sein, die Fangreflektorstufe auch so zu bemessen, daß in der Antennenapertur ein Phasensprung zwischen etwa 120° und 130° auftritt

im Bereich der Strahlungskeule 11 ergibt sich ein annähernd konstanter Pegel, was viv ;"ach erwünscht ist Durch Verstärkung der gegenphasigen ^elegungsantei-Ie kann eine zentrale Einsenkung mit vorgegebener Tiefe in der Haupikeule 11 erzeugt werden. Eine solche Einsenkung kann die Zielausrichtung auf die Mitte der Strahlt; .igskeule 11 erleichtern.

Die Antenne wird iomit auf das zu erfassende Ziel ausgerichtet, wenn d:e breitere Strahlungskeule 11 erzeugt wird. d. h. wenn der ringförmige Bereich 6 auf den Fangreilektor 3 geklappt ist und „omit gegenüber dem zentralen Bereich 7 eine Abstufung entsteht. Nachdem mittels der verbreiterten Antennenkeule 11 die Antenne auf das Ζέε! ausgerichtet wurde, wird der äußere, ringförmige Bereich 6 wieder weggeklappt, so daß eine glatte Kontur des Fangreflektors 3 entsteht. Damit ist die ursprüngliche schmale Antennenkeule 10 wieder hergestellt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in einer schematischen Seitenansicht bzw. Draufsicht die Ausbildung des Fangreflektors 3 nach der Erfindung im einzelnen. Der abgestufte, ringförmige äußere Bereich ö nach Fig.] wird durch eine Vielzahl von strahlungsreflek'.ierenden, metallischen Segmenten 12 gebildet, welche Abschnitte eines Kreisrings darstellen. Die metallischen Segmente 12 sind rund um den Fangreflektor 3 an diesem außen an Gelenken 13 gelagert und befestigt. Mittels einer Kippvorrichtung sind die Segmente 12 so betätigbar, daß sie in ihrer Betriebsstellung I auf dem Fangreflektor 3 aufliegen und in ihrer Außerbetriebsstellung II sowohl außerhalb des Strahlengangs zwischen dem Primärstrahler und dem Fangreflektor als auch außerhalb des Strahlengangs zwischen dem Fangreflektor und dem Hi aptreflektor liegen. Die Klappvorrichtung ist durch eine at>f der Spi;gelrückseite des Fangreflektors 3 angeordnete zentrale Spannvorrichtung 14 realisiert, wobei jedem Segment 12 ein Zugseil 15 zugeordnet ist. Die Zugseile 15 sind jeweils am äußeren Ende eines Segments 12 befestigt. Die Gelenke 13, über weiche die Segmente 12 rund um den Fangreflektor 3 befestigt sind, sind mit Spannfedern J6 — ;m gezeichneten Ausführungsbeispiel Schraubenfedern — versehen, unter deren Federspannung die Segmente 12 in der Bciriebsstellung I auf den Fangreflektor 3 angepreßt sind. Der in Stellung I tatsächlich wirksame Fangreflektor besteht somit aus einem zentralen Bereich 7 und einem äußeren Bereich 6, welcher durch den aus den Klappsegmenten 12 bestehenden Ring gebildet wird.

Jedes der dargestellten Klappsegmente 12 ist durch ein Blechteil realisiert, welches an seinem dem Gelenk 13 abgewandten inneren Ende mit einer Umwinkelung 17 versehen ist, welche ungefähr die Höhe einer viertel Wellenlänge hat,

An der Rückseite des Fangreflektors 3 sind Anschlagstücke 18 angebracht, so daß die metallischen Segmente 12 in ihrer Außerbetriebsstellung Il nach Betätigung der Zugseile 15 mittels der zentralen Spannvorrichtung 14 unter Federspannung fixiert sind. Die Spannvorrichtung 14 wird zweckmäßig durch einen extern gesteuerten Motor betätigt.

In der Betriebsstellung I wird somit die verbreiterte Antennenkeule 11 (in Fig. 1) erzeugt, wogegen die Stellung Il der Bildung der schmalen Antennenkeule 10 (inFig. I)dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 29 47 9^4

1. Cassegrain-Antenne, insbesondere Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die mit einem Primärstrahler, einem Fangreflektor, einem Hauptreflektor und einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehen ist, die durch Erzeugung einer konzentrischen Abstufung ^;rn Fangreflektor realisiert ist so daß sich durch die Abstufung eine Wellenphasenverschiebung der am Fangreflektor in diesem Bereich reflektierten Welle ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung durch eine Vielzahl von Strahlungsreflektierenden und Abschnitte eines Kreisrings darstellenden Segmenten (12) gebildet ist, die rund um den Fangreflektor (3) an diesem außen angelenkt und mittels einer Kippvorrichtung (13, 14, 15, 16) so betätigbar sind, daß sie in ihrer Betriebsstellung (I) auf dem Fangreflektor (3) aufliegen und in ihrer Außerbetriebsstellung (II) sowohl außerhalb des "Strahlengangs zwischen dem Primärstrahler (1) und indem Fangi eflektor (3) als auch außerhall des 2StrahIengangs zwischen dem Fangreflektor (3) und dem Hauptreflektor (4) liegen.

2. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, dadurch "gekennzeichnet, daß die Klappvorrichtung auf der HSpiegelrückseite des Fangreflektors (3) angeordnet "ist und durch eine zentrale Spannvorrichtung (14) für rjedem Segment (12) zugeordnete Zugseile (15) ^realisiert ist. die am äußeren Ende jeweils eines

ζ Segments (12) befestigt sind, und daß die Gelenke (13), über welche die Segmente (12) rund um den Fangreflektor (3) befestigt sind, mit Spannfedern (16), insbesondere Schraubenfedern, versehen sind.

Tunter deren Federspannung die Segmente (12) in ^hrer Betriebssteilung (i) «αϊ· den Fangreflektor (3) ^angedrückt sind.

3. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 2, dadurch "gekennzeichnet daß an der Rückseite des Fangre-Eflektors (3) Anschlagstücke (18) angebracht sind, so ^daß die Segmente (12) in ihrer Außerbetriebsstellung

(11) nach Betätigung der Zugseile (15) mittels der ^zentralen Spannvorrichtung (14) unter Federspannung fixiert sind.

^

4. Cassegrain-Antenne nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Segmente (12) im Mittel kleiner ist als die Krümmung desjeniges Fangreflektorbereichs, der in der Betriebsstellung (I) der Segmente

(12) unter diesen liegt

5. Cassegrain-Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung des Fangreflektors (3) so bemessen ist, daß sich in der Antennenapertur, je nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser, ein Phasensprung von etwa 120° bis 180° ergibt

v. ^asacgiaiii-i-iiiiwiii«. nai.ii einem OCi /-ιιίαμι utlic

ϊ bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung des Fangreflektors (3) eine Höhe von einer Viertelwellenlänge aufweist