DE4037695A1

DE4037695A1 - Antenne mit einer gruppe von speisewellenleitern

Info

Publication number: DE4037695A1
Application number: DE4037695A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Koike; Toshio Abiko; Yasuhiro Fujii; Hiroo Inoue; Katsuya Tsukamoto
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2010-11-28
Also published as: GB2238914A; DE4037695C2; GB9024139D0; US5243357A; FR2655204B1; FR2655204A1; GB2238914B

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit einer Gruppe von Speisewellenleitern, mit welcher insbesondere die Verluste des Speisesystems vermindert werden können, um Mikrowellen mit hohem Gewinn über eine gro8e Bandbreite zu empfangen.

Derartige Antennen sind besonders dazu geeignet, gleichzei tig horizontal sowie vertikal polarisierte Mikrowellen zu empfangen, welche im SHF-Band von geostationären Rundfunksa telliten abgestrahlt werden, die in 36 000 km Höhe über der Erde im Weltraum stationiert sind.

Zum Empfang geostationärer Rundfunksatelliten werden über wiegend auf Hausdächern oder ähnlichem errichtete Parabolan tennen verwendet, die jedoch wegen ihres ausladenden dreidi mensionalen Aufbaus sehr windanfällig sind und sehr stabile Halterungen benötigen. Der Aufwand für die Halterung und für die Montage derartiger Antennen ist hoch.

Um diese Schwierigkeiten bei Parabolantennen zu beheben, wurden verschiedene Typen von Planarantennen vorgeschlagen, die in Ihrem Gesamtaufbau abgeflacht sind, indem viele Mi krostreifenleiter auf einer ebenen Fläche angeordnet sind. Solche Planarantennen sind an vielen Stellen beschrieben, beispielsweise in der US-PS 44 75 107. Ihre vereinfachte Struktur macht es möglich, diese Planarantennen direkt und preisgünstig an Außenwänden oder anderen geeigneten Stellen von Gebäuden anzubringen. Bei diesen Planarantennen ergibt sich jedoch ein beträchtlicher Verlust im Speisesystem von 1,5 bis 3,0 dB/m, mit dem ein Anwachsen des thermischen Rau schens einhergeht. Der Antennenverlust stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn es um Planarantennen mit großen Abmessungen geht.

Zur Verminderung des Antennenverlustes wird beispielsweise in der US-PS 37 74 223 eine Grundstruktur einer Wellenlei terantenne vorgeschlagen, bei der ein Wellenleiter mit einer Hauptreflektorplatte gekoppelt ist und eine Nebenreflektor platte an der Vorderseite des Wellenleiters angeordnet ist. Ferner wird in der US-PS 47 43 915 eine Hochfrequenzantenne beschrieben, bei der ein Paar von Wellenleitern so angeord net ist, daß ihre vier Endöffnungen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und die Wellenleiter über einen T-förmigen Wellenleiter miteinander verbunden sind. Ferner zeigt die US-PS 47 95 993 eine bei Wellenleiterantennen einsetzbare Wellenleiter-Eckanordnung, bei welcher ein keilförmiger Re flektor mit mehrfach reflektierenden Oberflächen aus paral lel verlaufenden Stegen an der Außenseite jeder Ecke des Wellenleiters vorgesehen ist, so daß zwei sich gegenseitig in rechten Winkeln kreuzende Polarisationen gleichzeitig um gesetzt und weitergeleitet werden können. Die auf diesen technischen Grundlagen basierenden Antennen weisen einen re lativ geringen Verlust des Speisesystems auf und sind auch dann nutzbar einzusetzen, wenn große Abmessungen erforder lich sind.

Alle bekannten Anordnungen können die jeweiligen Polarisa tionskomponenten jedoch nur unzulänglich getrennt voneinan der mit dem Wellenleiter aufnehmen, der horizontal und ver tikal polarisierte Wellen simultan empfängt. Es besteht ein Bedarf nach einer wirkungsvollen Trennung unter gleichzeiti ger Vereinfachung der Wellenleiterstruktur. Gewünscht wird eine deutlich verbilligte Antenne mit einer Gruppe von Spei sewellenleitern vereinfachter Struktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne mit einer Gruppe von Speisewellenleitern zu schaffen, welche es ermöglicht, die jeweiligen Polarisationskomponenten mit einer einfachen Wellenleiterstruktur des Wellenleiters aufzunehmen, der horizontal und vertikal polarisierte Wellen simultan empfängt.

Diese Aufgabe wlrd erfindungsgemäß gelöst durch eine Antenne mit einer ein Speisenetzwerk bildenden Mehrzahl von Wellen leitern, die zum simultanen Empfang sowohl horizontal als auch vertikal polarisierter Wellen in Gruppen angeordnete Endöffnungen aufweisen, wobei das Wellenleiternetzwerk für eine gegenseitige Trennung bzw. für eine Zusammensetzung der beiden Wellentypen ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Wellenleiternetzwerks eine Einrichtung vorgesehen ist, die die jeweiligen Polarisationskomponenten der horizontal und vertikal polarisierten Wellen getrennt voneinander aufnimmt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht einer Aus führungsform der Antenne mit einer Gruppe von Spei sewellenleitern;

Fig. 2 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte Perspektivan sicht eines Antennenelements der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch das Anten nenelement nach Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt zwischen der Haupt- und der Nebenreflektorplatte einer praktischen Ausführung des Antennenelements nach Fig. 2;

Fig. 5 zeigt das Antennenelement von Fig. 4 in dazu senk rechtem Querschnitt;

Fig. 6 zeigt exemplarisch eine Zusammenführung von Wellen leitern für die Wellenleitergruppe nach Fig. 1;

Fig. 7 zeigt ein von der Darstellung nach Fig. 6 abweichen des Wellenleiternetzwerk für die Wellenleiter der Antenne nach Fig. 1 mit einer Mischeinrichtung,;

Fig. 8 und 9 verdeutlichen die Wirkung des L-förmigen Kniestücks in dem Wellenleiternetzwerk nach Fig. 7;

Fig. 10 und 11 verdeutlichen die Wirkung der T-förmigen Verzweigung in dem Wellenleiternetzwerk nach Fig. 7;

Fig. 12 verdeutlicht eine andere Arbeitsweise des Wellen leiternetzwerks mit der Mischeinrichtung;

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer Konverterein richtung für zirkular polarisierte Wellen, die der Antenne nach Fig. 1 angefügt wird;

Fig. 14 ist eine schematische Perspektivansicht für ein an deres Merkmal der Konvertereinrichtung für zirkular polarisierte Wellen;

Fig. 15 dient zur Erläuterung einer Polarisationssteuerung für die Antenne nach Fig. 1,

Fig. 16 dient zur Erläuterung einer Steuerung für den Pola risationswinkel bei der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 17 dient zur Erläuterung einer geneigten Betriebsweise der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 18 zeigt in Frontansicht ein anderes Ausführungsbei spiel des bei der Antenne nach Fig. 1 verwendeten Antennenelements;

Fig. 19 bis 21 verdeutlichen schematisch weitere Ausfüh rungsbeispiele der Antennenelemente;

Fig. 22 verdeutlicht ein anderes Ausführungsbeispiel des in der Antenne nach Fig. 1 eingesetzten Wellenlei ters;

Fig. 23 dient zur Erläuterung einer in dem Wellenleiter nach Fig. 22 verwendeten Leiterplatte;

Fig. 24 dient zur Erläuterung eines weiteren Ausführungs beispiels des bei der Antenne nach Fig. 1 verwende ten Wellenleiters;

Fig. 25 zeigt eine bei dem Wellenleiter nach Fig. 24 einge setzte Leiterplatte;

Fig. 26 dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Wellenleiters mit einer T-förmigen Verzweigung, der bei der Antenne nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 27 ist eine schematische Perspektivansicht der in dem Wellenleiter nach Fig. 26 verwendeten Leiterplat ten;

Fig. 28 dient zur Erläuterung eines weiteren Ausführungs beispiels des Wellenleiters mit einer T-förmigen Verzweigung, der bei der Antenne nach Fig. 1 einge setzt wird;

Fig. 29 ist eine schematische Perspektivansicht der bei dem Wellenleiter nach Fig. 28 verwendeten Leiterplatten;

Fig. 30 dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des Wellenleiters mit einer Abschrägung, der bei der Antenne nach Fig. 1 einsetzbar ist,

Fig. 31 zeigt als Diagramm die Beziehung zwischen der Sei tenlänge und der Trennrate bei dem Wellenleiter nach Fig. 30;

Fig. 32 dient zur Erläuterung eines anderen Betriebsaspekts des Wellenleiters mit einer Abschrägung;

Fig. 33 zeigt in Perspektivansicht eine besondere Ausfüh rungsform des Wellenleiters;

Fig. 34 ist ein Teilquerschnitt durch den Wellenleiter nach Fig. 33;

Fig. 35 zeigt in Perspektivansicht eine Abdeckung für den Wellenleiter nach Fig. 33; und

Fig. 36 zeigt im Querschnitt, wie die Abdeckung aus Fig. 35 an den Wellenleiter nach Fig. 33 angepaßt ist.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Antenne 10, bei der eine Vielzahl von Antennenelementen 11 in horizontalen und ver tikalen Reihen angeordnet sind, so daß sie als Ganzes eine kurze Rückstrahlantenne bilden. Die Antennenelemente 11 enthalten jeweils, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, eine Haupt reflektorplatte 12 von der Form eines flachen, an seiner Frontseite offenen Kastens, einen an einer Endöffnung 14 an eine in der Mitte der Hauptreflektorplatte 12 ausgebildete Öffnung angeschlossenen Wellenleiter 13 und eine Nebenre flektorplatte 15, die einen viel geringeren Durchmesser als die Hauptreflektorplatte 12 aufweist, jedoch etwas größer ist als die Öffnung 14 und mit etwas Abstand zu der Öffnung 14 und in geeigneter Stellung zu der Hauptreflektorplatte 12 mittels einer nicht gezeigten Halteeinrichtung befestigt ist. Die gezeigte Ausführungsform enthält beispielshaft sechzehn Antennenelemente 11 in vier Reihen zu vier Stück. Der flache, kastenförmige Körper der Antenne 10 kann aus Kunstharz geformt sein und 4×4 darin ausgebildete Vertie fungen aufweisen. Die Hauptreflektorplatten 12 der jeweili gen Antennenelemente 11 können dadurch gebildet sein, daß die Innenflächen der jeweiligen Vertiefungen mit einem Me tallüberzug versehen sind. Die Frontseite des Körpers, auf der sich die offenen Seiten der Hauptreflektorplatten 12 be finden, kann mit einem für Mikrowellen durchlässigen Radom 16 bedeckt sein und die Nebenreflektorplatten 15 können durch eine Metallbeschichtung auf dem Radom 16 ausgebildet sein.

Ferner wird vorzugsweise mit dem Wellenleiter 13 beispiels weise unmittelbar hinter der Öffnung 14 ein Wellenleiterzweig 17 verbunden und der Wellenleiter 13 mit einem Polarisa tionsfilter 18 versehen, das in Richtung der Wellenausbrei tung unmittelbar hinter dem Anschlußteil des Wellenzweigs 17 angeordnet ist (Fig. 4 und 5). Dabei wird das Polarisations filter 18 so ausgebildet, daß es eine Mehrzahl parallel zu einander und horizontal ausgerichteter Schlitze 19 aufweist, so daß unter den unterschiedlich horizontal und vertikal po larisierten Wellen, die an der Öffnung 14 anstehen, nur die jenigen hindurchgelassen und in Richtung der Strahlausbrei tung in den Wellenleiter 13 weitergeleitet werden, deren elektrische Feldkomponente senkrecht zu den Schlitzen 19 steht. Die andersartig polarisierten Wellen können das Pola risationsfilter 18 nicht durchdringen und werden in den Wel lenleiterzweig 17 geführt. Infolgedessen werden die senk recht zueinander polarisierten Komponenten der an der Öff nung 14 jedes Wellenleiters 13 anstehenden Wellen voneinan der getrennt und jeweils für sich genommen durch die Wellen leiter 13 und 17 weitergeleitet. Somit können sie mit dem Wellenleiterzweig 17 und dem Polarisationsfilter 18 wirksam unabhängig voneinander entnommen werden. Wenn die parallelen Schlitze 19 im Polarisationsfilter 18 in senkrechter Rich tung angeordnet werden, vertauschen sich die durch das Pola risationsfilter 18 und den Wellenleiterzweig 17 hindurchlau fenden Wellenanteile.

Um die senkrecht zueinander horizontal und vertikal polari sierten Wellen gleichzeitig über die jeweiligen Antennenele mente 11 empfangen zu können, ist es insbesondere wichtig, daß die Wellenleiter 13 im wesentlichen quadratisch im Quer schnitt gebildet werden, einschließlich des Teils der Öff nung 14.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird die Energie der von zwei anein ander angrenzenden Antennenelementen 11 der Antenne 10 emp fangenen horizontal und vertikal polarisierten Wellen über einen Verbindungswellenleiter 20 gleichphasig miteinander vereinigt. In dem gezeigten Fall ist der Verbindungswellen leiter 20 mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, so daß die horizontal polarisierten Wellen h1 und h2 und die verti kal polarisierten Wellen v1 und v2 von den Wellenleitern 13 gleichzeitig, aber wirkungsvoll voneinander getrennt, durch den Verbindungswellenleiter 20 geleitet werden. Im weiteren Verlauf werden die horizontal und vertikal polarisierten Wellen von den beiden Wellenleitern 13 durch L-förmige Knie stücke des Verbindungswellenleiters 20 geleitet und sodann über eine T-förmige Abzweigung an einen dazwischenliegenden Teil des Verbindungswellenleiter s20 in einen Wellenleiter zweig 21 geleitet, um dort aufgenommen zu werden. Der in Fig. 6 gezeigte Wellenleiterzweig 21 schließt sich an die T förmige Abzweigung über ein weiteres L-förmiges Kniestück an.

Die vorstehend beschriebene Anordnung nach Fig. 6 erstreckt sich wegen der von den Elementen wegführenden Wellenleiter 13 und des L-förmigen Kniestücks des Wellenleiterzweigs 21 in allen drei Raumrichtungen, so daß das Wellenleiternetzwerk bei zunehmender Anzahl von Antennenelementen etwas dick wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß der Wellenleitermischer 20 ein Paar L-förmiger Kniestücke an beiden Enden aufweist, die so mit der T-förmigen Abzweigung an den Wellenleiterzweig 21 ver bunden sind, daß sich bei einer Wellenlänge innerhalb des Wellenleiters von λg die Abstände der beiden Wellenleiter 13 zu der T-förmigen Abzweigung des Wellenleiterzweigs 21 um λg/2 unterscheiden. Dadurch ergibt sich ein Wellenleiter netzwerk von gleicher Wirkung, das jedoch beträchtlich abge flacht ist. In Fig. 7 sind die horizontal polarisierten Wel len durch durchgezogene Pfeile gekennzeichnet und die verti kal polarisierten Wellen durch gestrichelte Pfeile. Die je weiligen L-förmigen Kniestücke wirken an ihrem Eingangsende wie ein L-förmiges Kniestück mit einer zur magnetischen Feldkomponente für die horizontal polarisierten Wellen pa rallelen Ebene, die im folgenden als H-Ebene bezeichnet wird. Gemäß Fig. 8 werden die horizontal polarisierten Wellen durch die L-förmigen Kniestücke dazu gebracht, ihre Ausbreitungs richtung zu ändern und eine gleichphasige Oszillation an einander entgegengesetzten Ebenen OP1 und OP2 des Paares L förmiger Kniestücke durchzuführen. Zum Zusammensetzen der ho rizontal polarisierten und in Richtung einer Ebene parallel zu den Öffnungen 14 der beiden Wellenleiter 13 übertragenen Wellen wird eine in Fig. 10 gezeigte E-Ebenen-Abzweigung an der T-förmigen Abzweigung des Wellenleiterzweigs 21 verwen det, um die horizontal polarisierten Wellen in gleicher Ebe ne längs der Öffnungen 14 zu halten. Der Anschlußpunkt P der T-förmigen Abzweigung an dem Wellenleiterzweig 21 ist um λg/4 bezüglich einer in gleichem Abstand zu den einander gegen überliegenden Ebenen OP1 und OP2 befindlichen Stellung ver setzt, so daß zwischen den beiden Abständen zwischen den beiden Ebenen und dem Anschlußpunkt OP1-P und OP2-P ein Un terschied von λg/2 besteht. Die jeweils horizontal polari sierten Wellen, die an den einander entgegengesetzten Ebenen OP1 und OP2 gleichphasig sind, sind am Anschlußpunkt P ge genphasig und es entsteht eine mittels einer E-Ebenen-Ab zweigung wie in Fig. 10 entnehmbare zusammengesetzte hori zontal polarisierte Welle.

Für vertikal polarisierte Wellen, die in Fig. 7 mit gestri chelten Pfeilen gekennzeichnet sind, wirken die Eingangsen den der jeweiligen L-förmigen Kniestücke wie ein L-förmiges Kniestück einer zu der elektrischen Feldkomponente paralle len Ebene, wie in Fig. 9 gezeigt. Diese Ebene wird im fol genden als E-Ebene bezeichnet. Die vertikal polarisierten Wellen werden durch die L-förmigen Kniestücke veranlaßt, ih re Ausbreitungsrichtung zu ändern und gegenphasig an den einander entgegengesetzten Ebenen OP1 und OP2 des Paares L förmiger Kniestücke zu oszillieren. Um die vertikal polari sierten Wellen, die in die Richtung entlang einer Ebene pa rallel zu den Öffnungen 14 der beiden benachbarten Wellen leiter 13 umgesetzt sind, miteinander zusammenzusetzen, wird eine H-Ebenen-Abzweigung, wie in Fig. 11 gezeigt, an der T förmigen Abzweigung verwendet, um die vertikal polarisierten Wellen in der Richtung der Ebene mit den Öffnungen 14 zu halten. Wie beschrieben, führt der Unterschied λg/2 der Ab stände OP1-P und OP2-P zwischen den jeweiligen einander ge genüberliegenden Ebenen und dem Anschlußpunkt dazu, daß die vertikal polarisierten Wellen von den beiden Wellenleitern 13, die an den einander entgegengesetzten Ebenen OP1 und OP2 gegenphasig anstehen, am Anschlußpunkt P gleichphasig wer den, und es kann mittels der E-Ebenen-Abzweigung nach Fig. 10 eine zusammengesetzte vertikal polarisierte Welle entnommen werden.

Wenn ferner wie in Fig. 7 ein an ein anderes Paar Wellenlei ter 13 angeschlossener Verbindungswellenleiter 20a mit dem anderen Ende des Wellenleiterzweigs 21 verbunden ist, wird im wesentlichen die gleiche Wirkung wie bei dem vorstehend beschriebenen Verbindungswellenleiter 20 erzielt, und die zusammengesetzte horizontal oder vertikal polarisierte Welle wird an dem anderen Ende des Wellenleiterzweigs 21 entnom men. Hierbei ist die von dem Verbindungswellenleiter 20a er haltene zusammengesetzte horizontal polarisierte Welle in entgegengesetzter Phase zu derjenigen von dem Verbindungs wellenleiter 20, während die zusammengesetzte vertikal pola risierte Welle gleichphasig ist. Zum Zusammensetzen dieser zusammengesetzen horizontal oder vertikal polarisierten Wel len von den beiden Verbindungswellenleitern 20 und 20a ist ein weiterer Wellenleiterzweig 22 über das T-förmige Knie stück an einen mittigen Punkt CP des Wellenleiterzweigs 21 angeschlossen, so daß die Wirkung der E-Ebenen-Abzweigung an dem mittigen Punkt CP bezüglich der horizontal polarisierten Wellen eintritt bzw. die Wirkung der H-Ebenen-Abzweigung be züglich der vertikal polarisierten Wellen. Die im folgenden zusammengesetzten horizontal oder vertikal polarisierten Wellen können nutzbar an dem weiteren Wellenleiterzweig 22 entnommen werden.

Aus Fig. 12 wird deutlich, wie es möglich wird, die gleich zeitig an acht Antennenelementen 11 empfangenen horizontal und vertikal polarisierten Wellen simultan zusammenzusetzen. Zwei der vorbeschriebenen Anordnungen aus dem Paar von Ver bindungswellenleitern 20 und 20a und den Wellenleiterzweigen 21 und 22 einer zweiten Stufe werden bereitgestellt und beide Wellenleiterzweige 22 der zweiten Stufe mit einem Wellenlei terzweig 23 einer dritten Stufe an einem mittigen Punkt des Wellenleiterzweigs 22 über eine weitere T-förmige Abzweigung miteinander verbunden, wobei die horizontal und vertikal po larisierten Wellen voneinander getrennt bleiben. Wenn ferner zwei der gemäß Fig. 12 gepaarten Anordnungen aus Verbindungs wellenleitern 20, 20a und Wellenleiterzweigen 21 bis 23 der ersten bis dritten Stufe miteinander mittels eines Wellen leiterzweigs einer vierten Stufe an einem intermediären Punkt des Wellenleiterzweigs 23 der dritten Stufe über eine weitere T-förmige Abzweigung miteinander gekoppelt sind, können die jeweils an den sechzehn Antennenelementen 11 aus Fig. 1 gleichzeitig empfangenen jeweiligen horizontal und vertikal polarisierten Wellen in organischer Weise zusammen gesetzt werden. In Fig. 12 sind die vertikal polarisierten Wellen durch Pfeile gekennzeichnet und die horizontal pola risierten Wellen durch Pfeilspitzen und -schwänze.

Um die Zusammensetzung der horizontal und vertikal polari sierten Wellen zu erreichen, ist es selbstverständlich mög lich, die horizontal oder vertikal polarisierten Komponenten mittels der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Anordnung aus Ab zweigung und Filter von den anderen Komponenten zu trennen und danach die solchermaßen separierten Komponenten indivi duell zusammengesetzt zu erhalten.

Das Wellenleiternetzwerk der vorbeschriebenen Anordnung dient dazu, die horizontal und vertikal polarisierten Wellen ent lang der zu der Gruppe der Wellenleiteröffnungen parallelen Ebene fortzuleiten. Das gesamte Wellenleiternetzwerk kann leicht längs dieser Ebene aufgebaut werden.

Erfindungsgemäß werden die einer horizontalen und einer ver tikalen Komponente entsprechenden linear polarlsierten Wel len in eine zirkular polarisierte Welle umgewandelt, indem sie mit einer ihnen aufgesetzten Phasendifferenz von 90° zu sammengesetzt werden. Fig. 13 zeigt, wie in diesem Fall die horizontal und vertikal polarisierten Wellen durch einen Se parator 24 voneinander getrennt werden und als Eingangssi gnale an einen Hybridkreis 24A gelangen, um an dessen Aus gangsseite Signale mit einer 90° Phasendifferenz der beiden polarisierten Wellen zu erhalten. Durch diese bevorzugte Maßnahme erhält man rechts- und linkszirkular polarisierte Wellen RHCP und LHCP. An der Eingangsseite des Hybridkreises 24A sind die horizontal und vertikal polarisierten Wellen nicht immer in Phase, wodurch eine geeignete Phasenkorrektur erforderlich wird. Fig. 14 zeigt einen zylindrischen Wellen leiter 27, der im Innern eine Phasensteuerplatte 25 aus einem dielektrischen Element aus einem Fluorkunststoff wie Teflon (Warenzeichen) und an einem Ende einen Konverter 26 von quadratischem Querschnitt aufweist und an den Wellen leiter 13 eines vorbeschriebenen Antennenelements 11 ange schlossen wird. Durch axiale Drehung der Phasensteuerplatte 25 innerhalb des zylindrischen Wellenleiters 27 mittels eines nicht gezeigten Motors oder ähnlichem kann die hori zontal oder vertikal polarisierte Welle geeignet in eine rechts- oder linksdrehende zirkular polarisierte Welle umge formt werden.

Bei ihrer Installation wird die erfindungsgemäße Antenne 10 normalerweise geneigt zum Erdboden aufgestellt, um die vom geostationären Rundfunksatelliten übertragenen Mikrowellen zu empfangen, jedoch kann die Antenne 10 auch, wie in Fig. 15 gezeigt, parallel zum Erdboden stehen, wobei der Empfang da durch eingestellt wird, daß der Polarisationswinkel zwischen den voneinander getrennten horizontalen und vertikalen Pola risationskomponenten, der einer Vektorzusammensetzung folgt, gesteuert wird. Die Steuerung des Polarisationswinkels wird dadurch erreicht, daß eine in Fig. 16 gezeigte Polarisa tionswinkelsteuerung 30 an die Wellenleiter 13 der Antenne 10 gekoppelt wird. Die Steuerung 30 weist einen Diskrimina tor 31 für die horizontal und vertikal polarisierten Wellen auf, Hybridkreise 32 und 32a und Phasenschieber 33 und 33a, die mit dem Diskriminator 31 verbunden sind, um am Ausgang eine Phasendifferenz von 90° zu erhalten, sowie eine Zusam mensetzeinrichtung 34, die an die Ausgangsenden der Phasen schieber 33 und 33a angeschlossen ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die benötigten justierten Komponenten der horizontal und vertikal polarisierten Wellen zu erhalten, indem der Betrag der Phasenverschiebung an den Phasenschie bern 33 und 33a verändert wird. Der Ausgang der Polarisa tionswinkelsteuerung 30 kann beispielsweise auch an den Kon verter 26 angeschlossen werden, der an dem vorher beschrie benen zylindrischen Wellenleiter 27 vorgesehen ist.

Ferner kann die Ebene der Wellenleiteröffnungen 14 der je weiligen Antennenelemente 11 der Antenne 10 wie in Fig. 17 gezeigt im rechten Winkel zur Strahlrichtung gebracht wer den. In diesem Fall werden die an die jeweiligen Antennen elemente 11 gekoppelten Verbindungswellenleiter 20 einer Korrektur der elektrischen Länge unterworfen, und zwar um einen einer Verzögerungszeit zwischen den Antennenelementen 11 entsprechenden Betrag, wenn die Zusammensetzung der Pola risationskomponenten in dem Wellenleiternetzwerk erfolgt.

Die Gestaltung der Haupt- und Nebenreflektorplatten des An tennenelements ist bei der Erfindung nicht auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Quadratform beschränkt. Fig. 18 zeigt eine Hauptreflektorplatte 12A und eine Nebenreflektor platte 15A beispielsweise kreisförmig. Wie in Fig. 19 ge zeigt, braucht der Nebenreflektor 15B nicht plattenförmig zu sein, sondern kann auch eine sich erweiternde Form wie ein Konus aufweisen. Fig. 20 zeigt, daß auch der Hauptre flektor 12C in konischer oder sphärischer Form ausgebildet sein kann, wobei der Nebenreflektor 15C entsprechend konisch oder halbkugelförmig ausgebildet ist. Der Nebenreflektor kann auch aus einem stark dielektrischen Element wie Keramik bestehen oder in einigen Fällen sogar weggelassen sein. Fer ner ist es anstelle der Ausbildung des Nebenreflektors 15 durch Metallbeschichtung des Radoms 16 in Fig. 1 auch mög lich, auf dem Radom 16 geschlitzte Flächenelemente, soge nannte Slotpatches 15D vorzusehen, die wie in Fig. 21 in einem bestimmten Muster angeordnet sind, um der kurzen Rück strahlantenne die Wirkung einer Antenne mit einem Slotpatch- Muster zu geben. In diesem Fall dient ein Muster 15D1 zum Empfang der linear polarisierten Wellen und ein Muster 15D2 zum Empfang der zirkular polarisierten Wellen. Diese Muster werden für eine geeignete Umschaltbewegung mittels einer Verstelleinrichtung wie rotierenden Zylindern oder ähnlichem arrangiert, so daß die linear und die zirkular polarisierten Wellen selektiv empfangen werden können.

Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung kann eine Maß nahme getroffen werden, einen Unterschied aufgrund der Trennrate zwischen den horizontal und vertikal polarisierten Wellen bei der Umformung ihrer Richtung an den E-Ebenen- und H-Ebenen-Zweigen zu verringern. Es wird auf die Fig. 22 und 23 Bezug genommen. Ein Verbindungswellenleiter 20A ent hält ein L-förmiges Kniestück zum simultanen Weiterleiten der horizontal polarisierten Welle h und der vertikal po larisierten Welle v, die sich unter einem rechten Winkel schneiden. Der Verbindungswellenleiter 20A ist an dem L-för migen Kniestück 36 mit einer Abschrägung 37 versehen, die im wesentlichen um 45° bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Wellen verläuft. Ferner ist eine Leiterplatte 38 an dem Kniestück 36 vorgesehen, die parallel zu der Abschrägung 37 verläuft und eine Vielzahl von zueinander parallelen Schlit zen 39 aufweist, die senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldkomponente der horizontal polarisierten Welle h liegen. Bei dieser Anordnung wird die horizontal polarisierte Wel le h, deren elektrische Feldkomponente senkrecht auf der Richtung der Schlitze 39 steht, durch die Leiterplatte 38 hindurchgelassen, während die vertikal polarisierte Welle v dem Einfluß der Leiterplatte 38 unterworfen ist, da ihre elektrische Feldkomponente die gleiche Richtung wie die Schlitze 39 aufweist. Infolgedessen wird die Trennrate be züglich der horizontal polarisierten Welle h durch die Ab schrägung 37 bestimmt und bezüglich der vertikal polarisier te Welle v durch die Stellung der zu der Abschrägung 37 pa rallelen Leiterplatte 38. Wenn die Positionen der Abschrä gung 37 und der Leiterplatte 38 so gewählt sind, daß sie für die Weiterleitung sowohl der horizontal als auch der verti kal polarisierten Wellen geeignet sind und den beiden Wellen im wesentlichen die gleiche Trennrate verleihen, kann für beide Wellentypen eine exzellente Charakteristik der Weiter leitung erzielt werden.

Andererseits ist die optimale Trennrate des Kniestücks be züglich der horizontal polarisierten Welle nicht immer größer als diejenige bezüglich der vertikal polarisierten Welle. Die optimale Trennrate muß in Übereinstimmung mit dem Innen durchmesser des L-förmigen Kniestücks und der im Wellenlei ter herrschenden Wellenlänge der dadurch hindurchgeleiteten elektromagnetischen Welle variiert werden. In dem Fall, daß die optimale Trennrate bezüglich der horizontal polarisier ten Welle h kleiner ist als diejenige bezüglich der vertikal polarisierten Welle v, also anders als bei den Fig. 22 und 23, kann eine ausgezeichnete Charakteristik der Wellen leitung dadurch erzielt werden, daß in der zu der Abschrä gung 37B parallelen Leiterplatte 38B eine Vielzahl von Schlitzen 39B vorgesehen ist, die parallel zur Richtung der elektrischen Feldkomponente der horizontal polarisierten Welle innerhalb des Verbindungswellenleiters 20B verlaufen. Dieser Fall ist in den Fig. 24 und 25 gezeigt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Vorkehrung dafür getroffen wird, daß eine Differenz in der Trennrate zwischen den horizontal und vertikal polarisierten Wellen bei der Umsetzung ihrer Ausbreitungsrichtung mit der E-Ebene und der H-Ebene bei der T-förmigen Verzweigung gar nicht erst entsteht. Die Fig. 26 und 27 zeigen eine T-förmige Abzweigung 21A zum gleichzeitigen Weiterleiten der horizontal polarisierten Welle h und der vertikal polari sierten Welle v, die aufeinander senkrecht stehen. Am Ver bindungspunkt PA beider seitlichen Wellenleiterteile der Verzweigung befindet sich ein dreieckiger Ständer 42 mit zwei Abschrägungen 40 und 41, die im wesentlichen in 45° zu der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen ste hen. Leiterplatten 43 und 44 sind parallel zu den Abschrä gungen 40 und 41 angeordnet und mit Schlitzen 45 und 46 ver sehen, welche zueinander parallel und senkrecht zu dem elek trischen Feld, beispielsweise der horizontal polarisierten Welle liegen. Bei dieser Anordnung liegt die horizontal po larisierte Welle h mit der elektrischen Feldkomponente senk recht zu den Schlitzen 45 und 46, so daß sie die Leiterplat ten 43 und 44 passieren kann, während die vertikal polari sierte Welle v dem Einfluß der Leiterplatten 43 und 44 un terworfen ist, da das elektrische Feld dieser Welle in glei cher Richtung wie die Schlitze 45 und 46 steht. Wenn die Ab schrägungen 40 und 41 und die Leiterplatten 43 und 44 so liegen, daß sie gleichermaßen die Weiterleitung von horizon tal und vertikal polarisierten Wellen erlauben, kann eine ausgezeichnete Charakteristik für die Weiterleitung der bei den polarisierten Wellen erzielt werden. Abhängig vom Innen durchmesser der T-förmigen Abzweigung und der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle innerhalb des Wellenleiters besteht jedoch bezogen auf die Ausbreitungscharakteristik in erhöhtem Maße die Möglichkeit, daß die vertikal polarisierte Welle v an der Neigung und die horizontal polarisierte Wel le h an der Leiterplatte reflektiert werden. Für diesen Fall zeigen die Fig. 28 und 29 eine Vielzahl von Schlitzen 45B und 46B in den Leiterplatten 43B und 44B parallel zu den Ab schrägungen 40B und 41B des dreieckigen Ständers 42B an der T-förmigen Abzweigung des Verbindungswellenleiters 21B. Die se Schlitze verlaufen senkrecht zu der elektrischen Feldkom ponente der vertikal polarisierten Welle v, wodurch für die sen Fall in einfacher Weise ebenfalls eine hervorragende Charakteristik der Wellenweiterleitung erzielt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft eine Anordnung, mit welcher die Richtungswandlung der horizontal und verti kal polarisierten Wellen ohne die Leiterplatte an dem L-för migen Kniestück des Wellenleiters erreicht werden kann. Nach Fig. 30 ist der Verbindungswellenleiter 20C an seinem strahl aufwärtigen oder Eingangsende im wesentlichen quadratisch im Querschnitt und an der L-förmigen Abzweigung mit einer Ab schrägung 37C versehen, die im wesentlichen um 45° zu der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen der ho rizontal und vertikal polarisierten Wellen h und v liegt. Der Verbindungswellenleiter 20C verengt sich mit einander gegenüberliegenden Seitenwänden von dem quadratischen Ende zu dem Kniestück 36C so, daß die Seiten am Eingang des Knie stücks 36C unterschiedliche Längen l₁ und l₂ aufweisen, wel che so gewählt sind, daß die Richtungsänderung an einem Punkt zwischen der zur E-Ebene gehörenden Kurve und der zur H-Ebene gehörenden Kurve die in Fig. 31 gezeigt sind, er folgt. Dadurch können die horizontal und vertikal polari sierten Wellen bei optimaler Trennrate (x/y als Ordinate in Fig. 31) einer Richtungsänderung unterworfen werden. Ande rerseits zeigt Fig. 32 keine zusammenlaufenden Wände vom strahleinwärtigen Ende zum Kniestück. In diesem Fall wird die Seitenlänge l₃ des von seinem Ende bis zu dem Kniestück quadratischen Verbindungswellenleiter 20D so gewählt, daß die Richtungsänderung am Schnittpunkt zwischen den Kurven der E-Ebene und der H-Ebene liegt, die in Fig. 31 gezeigt sind. In diesem Fall können sowohl die horizontal als auch die vertikal polarisierten Wellen mit optimaler Trennrate gleichzeitig wirkungsvoll einer Richtungsänderung unterwor fen werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer Anord nung, die die Herstellung der Antenne 10 vereinfacht. Fig. 33 zeigt eine Formguß-Aluminiumplatte 50 mit einer in Drauf sicht H-förmigen Ausnehmung 51. Vier Antennenelemente und dazugehörige Wellenleiterelemente werden verwendet, wodurch man eine Antenne mit einem Wellenleiternetzwerk nach Fig. 7 erhält. Auf dem Formguß kann die Ausnehmung auch in einem Muster entsprechend dem Schema von Fig. 12 ausgebildet wer den. Wenn die Basis-Wellenleiterelemente dieser Formguß- Aluminiumplatte verwendet werden, wird vorzugsweise eine optimale Oberfläche 52 vorgesehen, die, wie in Fig. 34 ge zeigt, einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurde, so daß der Verlust an dem Wellenleiter vermindert werden kann. Fer ner wird erforderlichenfalls eine in Fig. 35 gezeigte Ab deckung 53 aus einer dünnen Metallplatte über der Ausnehmung 51 von Fig. 33 eingepaßt, wodurch der im Querschnitt quadra tische Wellenleiter gebildet wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine flache periphere Ausnehmung um die Aus nehmung 51 herum vorzusehen, damit eine Unterkante der Ab deckung 53 darin eingreifen kann (Fig. 36).

Claims

1. Antenne mit einer ein Speisenetzwerk bildenden Mehrzahl von Wellenleitern, die zum simultanen Empfang sowohl hori zontal als auch vertikal polarisierter Wellen in Gruppen an geordnete Endöffnungen aufweisen, wobei das Wellenleiter netzwerk für eine gegenseitige Trennung bzw. für eine Zusam mensetzung der beiden Wellentypen ausgelegt ist, dadurch ge kennzeichnet, daß innerhalb des Wellenleiternetzwerks eine Einrichtung vorgesehen ist, die die jeweiligen Polarisa tionskomponenten der horizontal und vertikal polarisierten Wellen getrennt voneinander aufnimmt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung die jeweiligen Polarisationskompo nenten der horizontal und vertikal polarisierten Wellen un abhängig voneinander aufnimmt.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Antennenelemente aufweist, die jeweils zu einem der mit einer der genannten Öffnungen versehenen Wellenlei ter gehören, daß das Wellenleiternetzwerk ferner Verbindungs wellenleiter aufweist, die jeweils L-förmige Kniestücke ent halten, die zur Verbindung von jeweils zwei von zu zwei An tennenelementen gehörenden Wellenleitern miteinander dienen, und daß Wellenleiterzweige jeweils über eine T-förmige Ab zweigung an jeden der Verbindungswellenleiter an einer An schlußstelle angeschlossen sind, die so gewählt ist, daß sich ein Unterschied von λg/2 zwischen den Abständen beider Enden zu der Anschlußstelle in dem Verbindungswellenleiter ergibt, wenn die im Wellenleiter herrschende Wellenlänge mit λg bezeichnet wird.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Wellenleiterzweige, die jeweils mit den Verbin dungswellenleitern verbunden sind, jeweils über einen weite ren Wellenleiterzweig sowie über eine T-förmige Abzweigung miteinander verbunden sind, wobei der weitere Wellenleiter zweig an den genannten zwei Wellenleiterzweigen im wesentli chen an deren Mittelpunkt zwischen ihren T-förmigen Abzwei gungen angeschlossen ist.

5. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu jeder Öffnung der Wellenleiter ein geschlitztes Flä chenelement aufweist.

6. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter zur Umwandlung der horizontal und vertikal polarisierten Wellen in eine zirkular polarisierte Welle mit einem 90°-Phasenschieber ausgerüstet ist.

7. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenleiternetzwerk zur Steuerung des Polarisationswin kels bei der Zusammensetzung der horizontal und vertikal po larisierten Wellen bezüglich ihrer Komponenten versehen ist.

8. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Antennenelemente aufweist, die jeweils zu einem der mit einer Öffnung versehenen Wellenleiter gehören, wobei die Antennenelemente jeweils eine an die Wellenleiter mit der darin befindlichen Öffnung gekoppelte Hauptreflektor platte aufweisen, sowie eine etwas von den Öffnungen der Wellenleiter beabstandete Nebenreflektorplatte und ein die Gesamtheit der Antennenelemente überdeckendes Radom auf weisen, an dem die Nebenreflektorplatten ausgebildet sind.

9. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Antennenelemente aufweist, die jeweils zu einem der mit der Öffnung versehenen Wellenleiter gehören, daß die Antennenelemente jeweils eine Hauptreflektorplatte aufwei sen, die an jeden der Wellenleiter mit der darin befindli chen Öffnung gekoppelt ist, daß eine Nebenreflektorplatte mit etwas Abstand von der Öffnung des Wellenleiters angeord net ist und daß die Antennenelemente in ihrer Gesamtheit in Form einer flachen Schachtel angeordnet sind.

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreflektorplatte jedes Antennenelements die Form einer an ihrer Frontseite geöffneten flachen Schachtel auf weist und daß die Nebenreflektorplatte als flache Platte ausgebildet ist.

11. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreflektorplatte jedes Antennenelements die Form einer an ihrer Frontseite geöffneten flachen Schachtel auf weist und daß die Nebenreflektorplatte in einer sich gegen die Öffnung aufweitenden Form ausgebildet ist.

12. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreflektorplatte jedes Antennenelements so ausgebil det ist, daß sie eine an der Frontseite geöffnete konische Fläche aufweist und daß die Nebenreflektorplatte in einer Halbkugelform vorliegt.

13. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Gruppen angeordneten Öffnungen der Wellenleiter in einer Ebene verteilt liegen, die auf der Richtung der Strahl neigung für die gesamte Antenne senkrecht steht.

14. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kniestücke der Wellenleiter eine im wesentlichen um 45° geneigte Abschrägung aufweisen sowie eine mit zueinander pa rallelen Schlitzen versehene und parallel zu der Abschrägung angeordnete Leiterplatte aufweisen, wobei die Schlitze der Leiterplatte in einer Richtung verlaufen, die auf der elek trischen Feldkomponente senkrecht steht, die der horizontal oder der vertikal polarisierten Welle entspricht.

15. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kniestück eines Verbindungswellenleiters eine im wesent lichen um einen Winkel von 45° geneigte Abschrägung aufweist und daß der Verbindungswellenleiter mit gegen das Kniestück zusammenlaufenden inneren Wandflächen versehen ist.

16. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das T-förmige Kniestück an der Anschlußstelle mit einem drei eckigen Ständer versehen ist, der zwei Abschrägungen auf weist, die jeweils einen Winkel von 45° bezüglich der ein laufenden horizontal bzw. vertikal polarisierten elektroma gnetischen Wellen bilden, und da8 zwei Leiterplatten jeweils parallel zu den beiden Abschrägungen angeordnet sind und zu einander parallele Schlitze aufweisen, die zu der elektri schen Feldkomponente der horizontal oder der vertikal pola risierten Welle senkrecht stehen.

17. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen Wellenleiterzweig aufweist, der mit einem Ende an den Wellenleiter an dessen an die Öffnung angrenzen der Stelle angeschlossen ist, und daß ein Polarisationsfil ter in dem Wellenleiter vorgesehen ist, das an das angeschlos sene Ende des Wellenleiterzweigs angrenzt und zueinander pa rallele Schlitze aufweist, die zu der elektrischen Feldkom ponente der horizontal oder der vertikal polarisierten Welle senkrecht stehen.

18. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter durch Formguß als Ausnehmungen in einer Aluminiumgrundplatte ausgebildet sind.

19. Antenne nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine metallene Abdeckung aufweist, die zum Abdecken der Ausnehmung auf die Grundplatte paßt.