DE3531032A1

DE3531032A1 - Reflector antenna having supports in the beam path producing secondary radiation

Info

Publication number: DE3531032A1
Application number: DE19853531032
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Phys Thielen; Karl-Peter Dr Ing Dombek; Volker Dr Ing Hombach
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG; Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1987-03-05
Also published as: DE3531032C2

Abstract

In order to reduce the secondary radiation which is emitted from supports which are arranged in the beam path of a reflector antenna, a curvature of the supports is proposed having such a curvature behaviour that the orthogonal coordinates x and z of the supports are given by the equation <IMAGE> where k = <IMAGE>, so that the radiation reflected on the supports is emitted with constant intensity in a predetermined spatial angle region. In this case, x0 is the support length projected onto the x-axis l(x) is the radiation distribution of the wave 4 which is incident on the support from the reflector, theta 1 and theta 2 are the output radiation angles of the beams 8 and 9 which are reflected at the end points 6 and 7 of the supports, v and t are integration variables in the x-direction, and k is a normalisation constant (Fig. 3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Spiegelantenne mit Sekundärstrahlung erzeugenden Stützen im Strahlengang.The invention relates to a mirror antenna with secondary radiation generating supports in the beam path.

Bei rotationssymmetrischen Spiegelantennen, die in der Richtfunk- und Satellitentechnik häufig eingesetzt werden, befinden sich der Erreger (bei Primärfokusantennen) oder der Hilfsreflektor (bei Doppelspiegelantennen) und deren Stützen im Strahlengang der ausgesendeten bzw. empfangenen Wellen.With rotationally symmetrical mirror antennas that are in the Directional radio and satellite technology are often used, are the exciter (for primary focus antennas) or the auxiliary reflector (for double mirror antennas) and their Support in the beam path of the transmitted or received Waves.

In Fig. 1 ist eine Parabolantenne mit einem Erreger 1 im Brennpunkt abgebildet. An den Stützen 2 wird durch die vom Spiegel 3 ausgehende - als Pfeile angedeutete - ebene Welle 4 eine Sekundärstrahlung angeregt, die sich in einer Erhöhung der Nebenzipfel in der Richtcharakteristik der Parabolantenne auswirkt. Dabei verhalten sich die Stützen näherungsweise wie Linienstrahler, bei denen die Phase der Strombelegung entlang der Stütze linear verläuft. Der Winkelbereich der maximalen Strahlung einer Stütze befindet sich daher in einem Konus mit dem Öffnungswinkel 2 α; dabei ist der α der Winkel, den die Stütze mit der Hauptstrahlrichtung der Antenne bildet.In Fig. 1 a parabolic antenna is shown having an exciter 1 in focus. A secondary radiation is excited on the supports 2 by the plane wave 4 emanating from the mirror 3 - indicated by arrows - which has the effect of increasing the side lobes in the directional characteristic of the parabolic antenna. The columns behave approximately like line radiators, in which the phase of the current allocation along the column runs linearly. The angular range of the maximum radiation of a column is therefore in a cone with the opening angle 2 α ; the α is the angle that the support forms with the main beam direction of the antenna.

Anhand eines Beispiels wird die Auswirkung der Stützenstrahlung auf die Richtcharakteristik einer Parabolantenne näher erläutert. Zu diesem Zweck wurde das Beugungsdiagramm einer 94 cm langen Stütze berechnet, die in einen Parabolspiegel mit einem Durchmesser von 1,5 m eingebaut ist; der Stützenwinkel beläuft sich auf α = 40°. Als Erreger wird ein Rillenhorn verwendet.The effect of the column radiation on the directional characteristic of a parabolic antenna is explained in more detail using an example. For this purpose, the diffraction pattern of a 94 cm long column was built into a parabolic mirror with a diameter of 1.5 m; the column angle amounts to α = 40 °. A grooved horn is used as the exciter.

In Fig. 2 ist der Schnitt durch den Beugungskegel der Stütze bei der Frequenz von 11,5 GHz dargestellt. Man erkennt deutlich die beiden Strahlungsmaxima in Richtung der einfallenden Welle (d. h. ϑ = 0°) bzw. in Richtung des Reflexionswinkels (d. h. ϑ = 2 α = 80°). Während das Strahlungsmaximum bei ϑ = 0° mit der Hauptkeule der Parabolantenne zusammenfällt und dadurch nur einen geringen Einfluß auf die Richtcharakteristik hat, verursacht das Strahlungsmaximum bei ϑ = 2 α einen beträchtlichen Anstieg des Nebenzipfelpegels.In FIG. 2, the section through the diffraction cone of the support at the frequency of 11.5 GHz. One can clearly see the two radiation maxima in the direction of the incident wave (ie ϑ = 0 °) or in the direction of the reflection angle (ie ϑ = 2 α = 80 °). While the radiation maximum at ϑ = 0 ° coincides with the main lobe of the parabolic antenna and therefore has only a minor influence on the directional characteristic, the radiation maximum at ϑ = 2 α causes a significant increase in the side lobe level.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reduzierung des Nebenzipfelpegels bei ϑ = 2 α zu erreichen, da diese Nebenzipfel sich vor allem bei den im Richtfunk und im Satellitenfunk eingesetzten Antennen störend auf andere Funkstrecken auswirken können.The object of the invention is to achieve a reduction in the side lobe level at ϑ = 2 α , since these side lobes can interfere with other radio links, particularly in the antennas used in directional radio and in satellite radio.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bekannt, den linearen Phasenverlauf der Stützen zu verändern und damit die Bündelung der Stützenstrahlung zu verringern. Durch die US-PS 36 11 393 und die DE-OS 31 00 855 ist es bekannt, hierfür gekrümmte Stützen zu Verminderung des Nebenzipfelpegels vorzusehen. Die gewünschte Wirkung wird aber bei diesem Stand der Technik nur zum Teil erreicht, weil weder die Amplitudenverteilung der auf die Stützen einfallenden ebenen Welle noch die Amplitudenverteilung der reflektierten Strahlen hinreichend berücksichtigt werden.To solve this problem it is known to use the linear To change the phase profile of the supports and thus the Reduce the concentration of the pillar radiation. Through the US-PS 36 11 393 and DE-OS 31 00 855 it is known for this curved supports to reduce the level of the sub-lobes to provide. The desired effect is with this State of the art only partially achieved because neither Amplitude distribution of the incident on the supports plane wave still the amplitude distribution of the reflected Rays are taken into account sufficiently.

Demgegenüber wird die Aufgabe der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Erfindung wird der Verlauf der Krümmung der Stützen so gestaltet, daß die Stützenstrahlung bei bekannter Amplitudenverteilung der einfallenden Welle in einem möglichst großen vorgegebenen Raumwinkelbereich mit konstanter Intensität abgestrahlt wird. Damit wird eine optimale Wirkung der Stützenkrümmung erzielt.In contrast, the object of the invention by Characteristics specified solved. Through the Invention is the course of the curvature of the supports designed that the support radiation with a known amplitude distribution the incident wave in the largest possible predetermined solid angle range with constant intensity is emitted. This will have an optimal effect of Column curvature achieved.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1 bis 4 die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 4.

Fig. 1 zeigt eine Antenne mit geraden Stützen nach dem Stand der Technik, Fig. 1 shows an antenna with straight supports according to the prior art,

Fig. 2 das Beugungsdiagramm einer solchen Stütze, Fig. 2 shows the diffraction pattern of such a support,

Fig. 3 den Krümmungsverlauf einer nach der Erfindung ausgebildeten Stütze und Fig. 3 shows the curvature of a support designed according to the invention and

Fig. 4 das mit einer solchen Stütze erzielbare Beugungsdiagramm. Fig. 4 shows the diffraction pattern that can be achieved with such a support.

Als brauchbare Methode zur Bestimmung des Krümmungsverlaufes der Stütze hat sich ein Rechenverfahren erwiesen, das auf der geometrischen Optik beruht. Dieses Verfahren wird anhand von Fig. 3 näher erläutert. Die Stütze 5 wird durch die rechtwinkligen Koordinaten x und z ihrer beiden Enden beschrieben. Aus dem Energieerhaltungssatz folgt für die Normierungskonstante k: Außerdem wird das Reflexionsgesetz zugrunde gelegt: In den Gleichungen (1) und (2) sind x = 0 und x = x₀ die x-Koordinaten der Endpunkte 6 und 7 der Stütze, I(x) die Amplitudenverteilung der (in Fig. 3 durch Pfeile angedeuteten) vom Spiegel auf die Stützen abgestrahlten ebenen Welle 4, P(ϑ) die winkelabhängige Strahlungsverteilung der von der Stütze reflektierten Welle, ϑ ₁ und ϑ ₂ die Abstrahlwinkel der an den Endpunkten 6 und 7 der Stütze 5 reflektierten Strahlen 8 und 9; k stellt eine Normierungskonstante dar.A calculation method based on geometric optics has proven to be a useful method for determining the curvature of the column. This method is explained in more detail with reference to FIG. 3. The support 5 is described by the rectangular coordinates x and z of its two ends. For the normalization constant k follows from the energy conservation law: In addition, the law of reflection is used: In equations (1) and (2), x = 0 and x = x _{0 are} the x coordinates of the end points 6 and 7 of the column, I ( x ) the amplitude distribution of the mirror (indicated by arrows in FIG. 3) the supports emitted plane wave 4 , P ( ϑ ) the angle-dependent radiation distribution of the wave reflected by the support, ϑ ₁ and ϑ ₂ the radiation angle of the beams 8 and 9 reflected at the end points 6 and 7 of the support 5 ; k represents a normalization constant.

Nach einigen mathematischen Umformungen ergibt sich mit P(ϑ) = 1 (d. h. konstante Strahlungsintensität im Sektor 10, d. h. ϑ ₁-ϑ ₂) für die Stützenkoordinaten x und z folgende Gleichung: After some mathematical transformations, P ( ϑ ) = 1 (ie constant radiation intensity in sector 10 , ie ϑ ₁ - ϑ ₂ ) for the column coordinates x and z results in the following equation:

In Fig. 4 ist das berechnete Streudiagramm einer nach dem oben angegebenen Verfahren geformten Stütze dargestellt. Für Frequenz, Erregercharakteristik, Parabolspiegelgeometrie und Stützenendpunkte 6 und 7 gelten die gleichen Angaben wie bei dem Beispiel nach Fig. 3. Das Diagramm in Fig. 4 macht deutlich, daß die Stützenstrahlung beim Abstrahlwinkel ϑ = 2 α über einen größeren Winkelbereich verteilt und ihr Maximalpegel um ca. 11 dB verringert wird. Der vordere Teil des Beugungskegels wird durch die Stützenkrümmung kaum beeinflußt. Bei dem hier gezeigten Beispiel beträgt die maximale Abweichung der gekrümmten Stütze von der geraden Stütze 9 cm; dies entspricht ungefähr einem Zehntel der Stützenlänge. ϑ ₁ und ϑ ₂ belaufen sich auf 60° bzw. 150°. FIG. 4 shows the calculated scatter diagram of a column shaped according to the above-mentioned method. For frequency, excitation characteristic, parabolic mirror geometry and support end points 6 and 7 , the same specifications apply as for the example according to FIG. 3. The diagram in FIG. 4 makes it clear that the support radiation at the radiation angle ϑ = 2 α distributes over a larger angular range and its maximum level is reduced by approx. 11 dB. The front part of the diffraction cone is hardly affected by the column curvature. In the example shown here, the maximum deviation of the curved support from the straight support is 9 cm; this corresponds to approximately one tenth of the column length. ϑ ₁ and ϑ ₂ are 60 ° and 150 °, respectively.

Claims

Mirror antenna with supports generating secondary radiation in the beam path, for the reduction of which the supports are curved in a plane determined by the mirror axis and the two support ends, characterized in that the supports ( 5 ) are curved such that their orthogonal coordinates x and z are given by the equation so that the radiation reflected on the supports is emitted in a predetermined solid angle range with constant intensity, wherein
x ₀ the column length projected onto the x axis,
I _{( x )} the radiation distribution of the wave 4 incident on the supports from the mirror,
ϑ ₁ and ϑ ₂ the radiation angles of the rays 8 and 9 reflected at the end points 6 and 7 of the supports
v and t integration variable in x direction and
k represents a nomination constant ( Fig. 3).