DE2947986A1

DE2947986A1 - Cassegrain-antenne

Info

Publication number: DE2947986A1
Application number: DE19792947986
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8000 München Rebhan
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1981-06-04

Description

Cassegrain-Antenne
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehene Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, zumindest einem die Strahlung des Primärstrahlers umlenkenden Hilfsreflektor, einem Fangreflektor und einem Hauptreflektor besteht, der im Scheitelbereich eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche die über die Hilfsreflektoren umgelenkte Strahlung auf den Fangreflektor und von dort zum Hauptreflektor gelangt.
Die Ausrichtung einer Richtantenne auf ein vorgegebenes Ziel ist um so schwieriger, Je schmäler die Strahlungskeule ist. Selbst in Fällen, bei 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 Zieles nicht oder nur ungenau bekannt sind und wenn ein häufiger Wechsel auf verschiedene Ziele erfolgt. Ein solcher Wechsel ist beispielsweise bei Satellitenbodenstationen nötig, die zur Weltraumfunküberwachung dienen. Eine Keulenverbreiterung der Antenne während der Ziel suche verkürzt eine solche Suche erheblich, was eine bei der Erfassung von bewegten Objekten oft unabdingbare Voraussetzung ist.
Eine aus "NTG-Fachberichte", Band 52, 1975, Seiten 178 bis 186, insbesondere Bild 6d, bekannte Methode zur Keulenverbreiterung ist die Erregerdefokussierung bei Reflektorantennen. Bei Cassegrain-Antennen ist eine axiale Verschiebung des Fangreflektors moglich. Messungen an Nahfeld-Cassegrain-Antennen, wie sie im Satellitenfunk vielfach verwendet werden, haben jedoch ergeben, daß durch Fangreflektorverschieburrgen nur geringe Änderungen der Strahlbreite erreicht werden können.
Eine andere Methode zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-Antenne ist aus Bild 6e derselben 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 auswirken kann.
Der Erfindung liegt somit die Auf gabe zugrunde, zur Strahlungskeulenverbreiterung bei einer Cassegrain-Antenne der eingangs genannten Art eine Lösung anzugeben, bei der man ohne mechanische Beeinflussung des im Strahlungsfeld des Hauptreflektors liegenden Fangreflektors und ohne Erregerdefokussierung auskommt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem der Hilfsreflektoren zumindest ein aus der Hilfsreflektorfläche verschiebbarer konzentrischer Bereich vorgesehen ist und daß das Ausmaß dieser Verschiebung so bemessen ist, daß sich gegenüber dem nicht verschobenen Zustand für die daran reflektierte Welle eine Phasenverschiebung ergibt, die in der Apertur der Antenne, Je nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser, etwa 1200bis1800 beträgt. Die mechanische Einrichtung zur Betätigung der Strahlungskeulenverbreiterung läßt sich somit hinter dem Hauptreflektor anbringen und kann sich nicht mehrztörend auf den konstruktiven Aufbau vor dem Hauptreflektor oder gar negativ auf die Strahlungseigenschaften der Cassegrain-Antenne auswirken. Im Hauptkeulenbereich der aufgeweiteten Keule der gemäß der Erfindung ausgebildeten Cassegrain-Antenne ergibt sich ein annähernd konstanter Pegel, was vielfach erwünscht ist.
Durch Verstärkung des Energieanteils der phasenverschobenen Feldanteile kann eine zentrale Einsenkung vorgegebener Tiefe in der Hauptkeule erzeugt werden. Einesolche Einsenkung kann die Zielausrichtung auf die Mitte der Strahlungskeule erleichtern. Die gewünschte Verstärkung des Energieanteils wird durch geeignete Wahl der Flächenanteile der für die Verschiebung vorgesehenen Reflektorabschnitte erreicht.
Eine hinsichtlich der erwünschten Sektorformung der Strahlungskeule vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß bei mehreren gegeneinander verschiebbaren Bereichen der betreffende Hilfsreflektor in einen zentralen Teil und mehrere konzentrische Ringe aufgeteilt ist, daß einerseits der zentrale Teil und, bei Zählung vom Inneren des Hilfsreflektors aus, der zweite, vierte, sechste Ring usw. zu einer ersten Gruppe sowie andererseits, ebenfalls bei Zählung vom Inneren des Hilfsreflektors aus, der erste, dritte,fünfte Ring usw. zu einer zweiten Gruppe mechanisch starr miteinander verbunden sind und daß entweder die erste oder die zweite Gruppe fest angeordnet und die jeweils andere Gruppe dazu verschiebbar ist.
In vorteilhafter Weise wird die radiale Breite der einzelnen Hilfsreflektorbereiche genügend groß im Verhältnis zu Wellenlänge bemessen, so daß sich eine annähernd zwischen optische Strahlausbreitung/den Reflektoren ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Figur ist eine Nahfeld-Cassegrain-Antenne in einer schematischen Seitenansicht dargestellt. Diese Antenne besteht aus einem Primärstrahler 1, z.B. einen 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 des Hauptreflektors 4 angeordnet.
Durch diese Öffnung 5 gelangt die über dan Hilfsreflektor 2 umgelenkte Strahlung auf den Fangreflektor 3 und von dort auf den Hauptreflektor 4. Diese Strahlverlaufsrichtung gilt für den Sendefall, während für den Empfangsfall die Strahlrichtung umgekehrt ist. Der Hilfsreflektor 2 weist einen aus der Hilfsreflektorfläche nach hinten verschiebbaren konzentrischen Bereich 6, d.h. einen Ring, auf. Dieser Ring 6 ist in der Figur gestrichelt dargestellt. Das Ausmaß der durch die horizontalen Doppelpfeile angedeuteten Verschiebung des Ringes 6 gegenüber dem zentralen Hilfsreflektorbereich 10 ist so bemessen, daß sich für die daran reflektierte Welle eine Phasenverschiebung ergibt, die in der Apertur der Antenne, Je nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser etwa 1200 bis 180 0beträgt. Im dargestellten Beispiel sind es 1800. Bei geeignetem Flächenverhältnis der beiden gegeneinander verschiebbaren Bereiche 6 und 10 des Hilfsreflektors 2 wird, abhängig von der Jeweils vorliegenden Amplitudenverteilung in der Apertur, eine in der Figur rechts dargestellte, sektorähnliche Antennenkeule 7 erzeugt, deren Breite von der Zahl der Phasenwechsel abhängt. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel liegt bei herausgezogenem Ring 6, ausgehend vom Antennenzentrum, nach jeder Richtung nur ein Phasenwechsel vor, was aus dem gestrichelt dargestellten Apertur-Belegungsdiagramm 8 hervorgeht. Das durchgezogene Belegungsdiagramm 9 entsteht an der Apertur der Cassegrain-Antenne dann, wenn keine Abstufung am Hilfsreflektor 2 vorliegt, d.h. wenn der Ring 6 in der Figur nach rechts geschoben ist und eine glatte Fläche mit dem zentralen Teil 10 des Hilfsreflektors 2 bildet. Im Falle dieser Belegung 9 entsteht die in der Figur rechts dargestellte schmale Strahlungskeule 11.
Die Breite der beiden strahlenden Teilbereiche des Hilfsreflektors 2, d.h. des Rings 6 und des zentralen Bereiches 10, ist genügend groß gegen die Wellenlänge zu bemessen, da nur dann eine annähernd optische Strahlausbreitung zwischen den Reflektoren 2, 3, 4 erfolgt.
Ist somit der Ring 6 des Hilfsreflektors 2 gegenüber dem zentralen Teil 10 nach links verschoben, dann ist aufgrund der gröBeren Keulenbreite der Fangbereich der Cas- segrain-Richtantenne eingeschaltet und die Antenne läßt sich verhältnismäßig schnell auf das Ziel ausrichten.
Nachdem die Ausrichtung erfolgt ist, werden die beiden Reflektorbereiche 6 und 10 des Hilfsreflektors wieder so gegeneinander verschoben, daß eine glatte Kontur entsteht. Damit ist die ursprüngliche schmale Antennenkeule 11 wieder hergestellt.
2 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche: 1. Mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehene Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, zumindest einem die Strahlung des Primärstrahlers umlenkenden Hilfsreflektor, einem Fangreflektor und einem Hauptreflektor besteht, der im Scheitelbereich eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche die über die Hilfsreflektoren umgelenkte Strahlung auf den Fangreflektor und von dort zum Hauptreflektor gelangt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß an einen der Hilfsreflektoren (2) zumindest ein aus der Hilfsreflektorfläche verschiebbarer konzentrischer Bereich (6) vorgesehen ist und daß das Ausmaß dieser Verschiebung so bemessen ist, daß sich gegenüber dem nicht verschobenen Zustand für die daran reflektierte Welle eine Phasenverschiebung ergibt, die in der Apertur der Antenne, je nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser etwa 1200 bis 1800 beträgt.
2. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei mehreren gegeneinander verschiebbaren Bereichen der betreffende Hilfsreflektor in einen zentralen Teil und mehrere konzentrische Ringe aufgeteilt ist, daß einerseits der zentrale Teil und, bei Zählung vom Inneren des Hilfsreflektors aus, der zweite, vierte, sechste Ring usw. zu einer ersten Gruppen, sowie andererseits, ebenfalls bei Zählung vom Inneren des Hilfsreflektors aus, der erste, dritte, fünfte Ring usw. zu einer zweiten Gruppe mechanisch starr miteinander verbunden sind und daß entweder die erste oder die zweite Gruppe fest angeordnet und die jeweils andere Gruppe dazu verschiebbar ist.