DE3938217A1 - Reflektorantenne fuer den betrieb in zwei unterschiedlichen frequenzbereichen - Google Patents

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Reflektorantenne für den Betrieb in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen, mit mindestens einem Reflektor und einem Hornstrahler.

Bei Reflektorantennen, die für einen Betrieb in zwei Frequenzbereichen, einem Sendefrequenzband und einem Empfangsfrequenzband ausgelegt sein sollen, und die ein vorgegebenes Ausleuchtgebiet optimal versorgen sollen, tritt folgende Problematik auf: Wird die Antenne so ausgelegt, daß sie für einen Frequenzbereich - z. B. das in der Frequenz niedrigere Sendefrequenzband - einen maximalen Randgewinn (dies ist der Gewinn am Rande des Ausleuchtgebietes) erzielt, so wird der Randgewinn für den anderen Frequenzbereich - z. B. das in der Frequenz höhere Empfangsband - nicht optimal sein. Diese Degradation ist umso stärker, je größer der Abstand zwischen dem Sende- und dem Empfangsfrequenzband ist. Unter Degradation ist hier zu verstehen, daß die Strahlungskeule der Antenne im Empfangsband schmaler ist und deshalb zum Gebietsrand hin sehr steil abfällt. Bei Antennen, die für die Ausleuchtung eines bestimmten Gebietes vorgesehen sind - insbesondere Satellitenantennen - ist diese Eigenschaft von großem Nachteil. Das beispielsweise von einer Satellitenantenne empfangene Signal, welches von einer Bodenstation ausgesendet worden ist, die sich am Rande des Ausleuchtgebietes befindet, unterliegt dann bei Lageschwankungen des Satelliten sehr hohen Pegelveränderungen.

Um eine günstigere Gebietsausleuchtung für beide Frequenzbereiche zu erzielen, ist gemäß der DE 34 02 659 A1 der Reflektorrand mit frequenzselektiven Mitteln versehen. Dadurch wird die wirksame Aperturfläche der Antenne für den höheren Frequenzbereich verkleinert, womit sich für diesen Frequenzbereich ein höherer Randgewinn einstellt. Den tieferen Frequenzbereich, für den der Reflektor sowieso optimal ausgelegt ist, beeinträchtigen die frequenzselektiven Mittel nicht. Diese frequenzselektiven Mittel sind nur mit erhöhtem Aufwand bei der Herstellung des Antennenreflektors zu realisieren und sie haben Auswirkungen auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Reflektors, die ja besonders bei Satellitenantennen kritisch sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorantenne der eingangs genannten Art anzugeben, bei der mit möglichst einfach zu realisierenden Maßnahmen für jeden von zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen ein optimaler Randgewinn erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung geht aus den Unteransprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung wird eine optimale Gebietsausleuchtung für zwei unterschiedliche Frequenzbereiche erzielt, ohne daß der Antennenreflektor mit Mitteln versehen wird, die u. U. seine thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen können.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Hornstrahler mit minimalem Phasenfehler und

Fig. 2 zeigt eine verbreiterte abgeflachte Strahlungscharakteristik im Vergleich zu einer unbeeinflußten Charakteristik.

Eine Reflektorantenne wird zunächst so ausgelegt, daß sie in einem von zwei Frequenzbereichen, es sei hier z. B. das in der Frequenz niedrige Sendefrequenzband, einen maximalen Gewinn am Rande des Ausleuchtgebietes bringt. Die Reflektorantenne besitzt entweder nur einen Hauptreflektor oder hat zusätzlich noch einen oder mehrere Subreflektoren. Dabei ist der Erreger entweder zentrisch oder exzentrisch zum Hauptreflektor angeordnet. Die Reflektoren können dabei eine herkömmliche Geometrie (Parabol, Hyperbol, Ellipsoid) besitzen oder zur Erhöhung des Randgewinns oder zur Strahlformung belegungskorrigiert (shapen) sein.

Um nun zusätzlich für den anderen Frequenzbereich, dem Empfangsfrequenzband, ebenfalls einen hohen Randgewinn mit gleichzeitig geringer Steigung der Charakteristik am Rande zu erzielen, wird folgende Maßnahme ergriffen. Anstelle der üblicherweise benutzen Erreger, z. B. quasioptischer Hornstrahler, wird ein Erreger verwendet, dessen Phasenfehler in der Erregerapertur möglichst gering ist. Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführung eines solchen Erregers. Er besitzt ein konisches Anregungsteil HS, an das ein zylindrischer Wellenlaufraum LR angesetzt ist. Dieser Wellenlaufraum LR macht den im Anregungsteil HR erzeugten Phasenfehler, der sich in einer gekrümmten Wellenfront (strichlinierte Linie) äußert, rückgängig, so daß eine ebene Wellenfront (strichpunktierte Linie) entsteht. Dies gilt sowohl für Erreger mit kreisförmigen als auch mit elliptischem oder rechteckigen Querschnitt.

Erreger ohne Phasenfehler (bzw. mit nur sehr geringem Phasenfehler) zeigen eine starke Frequenzabhängigkeit ihres Strahlungsdiagramms, und zwar verschmälert sich die Hauptkeule mit steigender Frequenz. Des weiteren besitzen sie hohe Nebenkeulen. Wählt man nun bei der anfänglichen Optimierung der Antenne im Sendefrequenzbereich die Randbelegung des Reflektors sehr niedrig, dann kommt es auf dem Reflektor bei steigender Frequenz zu einer gegenphasigen Belegung, woraus eine Abflachung und Verbreiterung der Hauptkeule der Antennencharakteristik resultiert.

Die Fig. 2 verdeutlicht den Unterschied zwischen einer unbeeinflußten Hauptkeule 1 und einer nach der vorangehend beschriebenen Methode verbreiterten, zum Rand hin flach abfallenden Hauptkeule 2 der Antennencharakteristik. In der Fig. 2 ist eine solche Antennencharakteristik 2, deren Hauptkeule zum Rand des Ausleuchtgebiets flach abfällt, dargestellt. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Erregers - z. B. Länge des Wellenlaufraumes LR vor dem Hornstrahler HS - kann für den gewünschten Frequenzbereich der optimale Randgewinn verwirklicht werden.

Claims (3)

1. Reflektorantenne für den Betrieb in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen, mit mindestens einem Reflektor und einem Erreger, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger so ausgelegt ist, daß er hohe Nebenkeulen besitzt und sich bei steigender Frequenz sein Strahlungsdiagramm so sehr verschmälert, daß es für den höheren der beiden Frequenzbereiche zu einer gegenphasigen Feldbelagerung des (der) Reflektor(en) kommt, wodurch eine Antennencharakteristik entsteht, deren Hauptkeule abgeflacht ist und zum Rand des Ausleuchtgebiets hin mit geringer Steigung abfällt.

2. Reflektorantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger mindestens für das niedrigere der beiden Frequenzbereiche einen möglichst geringen Phasenfehler besitzt.

3. Reflektorantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger einen hohlleiterförmigen Wellenlaufraum (LR) mit elliptischem, rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt besitzt, der so lang ist, daß der Phasenfehler in der Erregerapertur minimiert wird.