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Cassegrain-Antenne
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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2 Patentansprüche 1 Figur
L e e r s e i t e