DE2947987A1

DE2947987A1 - Cassegrain-antenne

Info

Publication number: DE2947987A1
Application number: DE19792947987
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8000 München Rebhan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1981-09-03
Also published as: DE2947987C2

Description

Cassegrain-Antenne
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehene Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, eventuell einer Primärstrahlumlenkvorrichtung, einem Fangreflektor und einem Hauptreflektor besteht, der im Scheitelbereich eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche die ggf. umgelenkte Primärstrahlung auf den Fangreflektor und von dort auf den Hauptreflektor gelangt.
Die Ausrichtung einer Richtantenne auf ein vorgegebenes Ziel ist um so schwieriger, Je schmäler ihre Strahlungskeule ist. Selbst in Fällen, in denen eine automatische Nachführung, beispielsweise unter Verwendung eines Peildiagramms möglich ist, muß das Ziel erst in den sogenannten Fangbereich der Antenne gelangen. Der Fangbereich üblicher Antennen 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 erfolgen soll. Ein solcher Wechsel ist beispielsweise bei Satellitenbodenstationen nötig , die zur Weltraumfunküberwachung dienen. Eine Keulenverbreiterung der Antenne während der Zielsuche verkürzt die Zielsuche erheblich, was eine bei bewegten Objekten oft unabdingbare Voraussetzung ist.
Eine bekannte Methode zur Keulenverbreiterung ist aus "NTG-Fachberichte", Band 52, 1975, Seiten 178-186, insbesondere Bild 6d, bekannt und besteht in der Erregerdefokussierung bei Reflektorantennen. Bei Cassegrain-Antennen ist eine axiale Verschiebung des Subreflektors möglich. Messungen an Nahfeld-Cassegrain-Antennen, wie sie im Satellitenfunk vielfach verwendet werden, haben jedoch ergeben, daß durch Fangreflektor-Verschiebungen 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 inerer und ein äußerer Bereich des Fangreflektors in axialer Richtung/gegeneinander verschoben, daß gegenphasige Aperturbereiche und ein sektorähnlich geformtes Diagramm entstehen. Es wird durch diese bekannte Maßnahme etwa eine Verdoppelung der Strahlbreite erreicht. Es müssen jedoch hierbei die Einrichtungen zur reversiblen mechanischen Verschiebung am Fangreflektor angeordnet sein, was sich bei manchen Antennenkonstruktionen störend auswirken kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe 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 entweder eine aus dielektrischem Material bestehende Kreisscheibe, ein aus dielektrischem Material bestehender Ring, mehrere konzentrische, aus dielektrischem Material bestehende Ringe aber eine dielektrische Kreisscheibe mit einem oder mehreren konzentrischen, ebenfalls aus dielektrischem Material bestehenden Ringen darum herum in den Primärstrahlweg und zwar räumlich hinter der zentralen Öffnung des Hauptreflektors hereinschiebbar oder hereinklappbar ist/sind und daß diese jeweils in den Primärstrahlweg hereinschiebbaren bzw. hereinklappbaren dielektrischen Mittel hinsichtlich ihrer relativen Dielektrizitätskonstante s r des Materials und der Ausdehnung d in Strahllängsrichtung so ausgelegt sind, daß sich in der Apertur der Antenne eine Wellenphasenverschiebung&§ Jre nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser etwa 120° bis 180° beträgt. 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-Antennen auswirken.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Nahfeld-Cassegrain-Antenne in einer schematischen Ansicht von der Seite. Die Antenne besteht aus einem Primärstrahler 1, z.B. einem Hornstrahler, einem strahlumlenkenden Hilfsreflektor 2, einem Fangreflektor 3 und einem Hauptreflektor 4. Der Hauptreflektor 4 weist eine zentrale Öffnung 5 auf, durch welche die vom Hilfsreflektor 2 umgelenkte Primärstrahlung auf den Fangreflektor 3 und vor dort auf den Hauptreflektor 4 gelangt.
Diese Strahlverlaufsrichtung gilt für den Sendefall, wäh- rend für den Empfangsfall die Strahlrichtung umgekehrt ist. In den Primärstrahlweg zwischen dem Hilfsreflektor 2 und dem Fangreflektor 3 ist eine aus dielektrischem Material bestehende Kreisscheibe 6 entweder hineinklappbar oder hineinschiebbar. Die Schiebebewegung ist durch den Doppelpfeil 7 angedeutet, während die Klappbewegung durch die Klappachse 8 dargestellt werden soll. Die Halterung der dielektrischen Kreisscheibe 6 mit dem Klapp-bzw. Schiebeantrieb innerhalb eines Gehäuses ist mit 9 bezeichnet. Für die Ausdehnung der dielektrischen Kreisscheibe 6 in Strahlrichtung gilt folgender formelmäßiger Zusammenhang: Hierbei bedeuten: d die Breite der Kreisscheibe 6, die Betriebswellenlänge, die r die relative Dielektrizitätskonstante des Materials der dielektrischen Kreisscheibe 6, und # den gewünscht« Phasenunterschied in Grad zwischen beiden reflektierten Wellen.
Statt einer aus dielektrischem Material bestehenden Kreisscheibe 6 läßt sich genauso gut ein dielektrischer Ring verwenden. Sofern die Breite der Ringe in radialer Richtung genügend groß gegenüber der Wellenlänge ist, lassen sich mehrere konzentrische dielektrische Ringe oder aber eine dielektrische Kreisscheibe mit einem oder mehreren konzentrischen dielektrischen Ringen darum herum verwenden. Damit kann ein gleichmäßiger Pegelverlauf im Sektordiagramm erreicht werden. Für die Abmessungen und das Material gilt die gleiche formelmäßige Beziehung, wie sie vorher angegeben ist.
Rechts von der Cassegrain-Antenne sind in der Figur zwei Aperturbelegungsfunktionen 10 und 11 dargestellt. Die Belegungsfunktion 10 ergibt sich dann, wenn die dielektrische Scheibe 6 nicht in den Primärstrahlweg eingeklappt bzw. eingeschoben ist. Die ausgehend von Aperturzentru nur einen Phasenwechsel aufweisende, gestrichelt gezeichnete Belegungsfunktion 11 tritt dann Uber die Apertur auf, wenn die dielektrische Scheibe 6 in den Primärstrahlweg hineingeschoben bzw. hineingeklappt ist. Es werden somit mittels der dielektrischen Kreisscheibe 6 in der Antennenapertur konzentrische Bereiche mit ca. 1200 bis 1800 Phasenunterschied erzeugt. Bei einem geeigneten Flächenverhältnis dieser beiden Bereiche wird, abhängig von der jeweils vorliegenden Amplitudenverteilung in der Apertur, eine sektorähnliche Antennenkeule 12 erzeugt, deren Breite von der Zahl der Phasenwechsel abhängt und die in der Figur rechts und gestrichelt dargestellt ist. Tritt nur ein Phasenwechsel auf, wie in der Anordnung nach der Figur, ist also der äußere Aperturbereich in Gegenphase zum inneren Bereich, dann ergibt sich etwa eine Verdoppelung der Strahlbreite gegenUber einer Antennenkeule 13, welche ohne Einklappen bzw. Einschieben der dielektrischen Scheibe 6 in den Primärstrahlweg erzeugt wird.
Soll somit mittels der dargestellten Cassegrain-Antenne zunächst ein Ziel erfaßt werden, so wird die Strahlungskeule zunächst verbreitert, d.h. es wird die dielektrische Seibe 6 in den Primärstrahlweg hineingeschoben bzw.
hineingeklappt. Es ergibt sich dann die in der Figur rechts dargestellte Strahlungskeule 12. Nachdem mittels der verbreiterten Antennenkeule die Antenne auf das Ziel ausgerichtet wurde, wird die dielektrische Scheibe 6 wieder aus dem Primärstrahlweg herausgeschoben bzw. herausgeklappt, so daB eine ganz normal arbeitende Casse- grain-Antenne entsteht. Damit ist die ursprüngliche schmale Antennenkeule 13 wiederhergestellt.
2 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche: 1. Mit einer Einrichtung zur reversiblen Strahlungskeulenverbreiterung versehene Nahfeld-Cassegrain-Antenne, die aus einem Primärstrahler, eventuell einer Primärstrahlerumlenkvorrichtung, einem Fangreflektor und einem Hauptreflektor besteht, der eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche die ggf. umgelenkte Primärstrahlung auf den Fangreflektor und von dort auf den Hauptreflektor gelangt, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß entweder eine aus dielektrischem Material bestehende Kreisscheibe (6), ein aus dielektrischem Material bestehender Ring, mehrere konzentrische, aus dielektrischem Material bestehende Ringe oder aber eine dielektrische Kreisscheibe mit einem oder mehreren konzentrischen, ebenfalls aus dielektrischem Material bestehenden Ringen darum herum in den Primärstrahlweg und zwar räumlich hinter der zentralen Öffnung (5) des Hauptreflektors (4) hereinschiebbar oder hereinklappbar ist/sind und daß diese jeweils in den Primärstrahlweg hereinschiebbaren bzw.

hereinklappbaren dielektrischen Mittel(6) hinsichtlich ihrer relativen Dielektrizitätskonstante #r des Materials und der Ausdehnung d in Strahllängsrichtung so ausgelegt sind, daß sich in der Apertur der Antenne eine Wellenphasenverschiebung ergibt, die je nach Belegung und Hauptreflektordurchmesser etwa 1200 bis 1800 beträgt.
2. Cassegrain-Antenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß auf der Rückseite des Hauptreflektors (4) eine Halterung (9) mit einer Antriebsvorrichtung zum Hereinschieben (7) bzw. Hereinklappen (8) der dielektrischen Mittel (6) angeordnet ist.