DE4200755C2 - Zweireflektor-Mikrowellen-Richtantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweireflektor-Mikrowel­ len-Richtantenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei üblichen drehsymmetrischen Zweireflektorantennen können der Einfluß der Strahlabschattung auf Nebenzipfel durch den Subreflektor sowie der Störstrahlung von Primärhornstrahler- und Subreflektorrand bei Verwendung einer nach innen und au­ ßen gleichmäßig abfallenden Torusbelegung stark reduziert werden. Beschrieben ist dieser Sachverhalt in EP 0 284 897 A.

Störend ist dabei noch die starke Beugung an der Innenseite des am Subreflektor reflektierenden Strahlenbündels (in Sen­ derichtung gesehen). Diese führt vor allem bei wellenlängen­ mäßig kleineren Antennen, trotz der Torusbelegung, immer noch zu einer unerwünschten starken Anstrahlung des Primärhorn­ strahlers und damit zu einer Erhöhung des Nebenzipfelpegels. Ursache der starken Beugung ist die zentrale Spitze des Subreflektors und der anschließende stark gekrümmte Oberflä­ chenbereich. Beides ist nur deshalb erforderlich, weil das Feld des Primärhornstrahlers nicht an die erwünschte Apertur­ belegung angepaßt ist. Da übliche Hornstrahler in Richtung zum Subreflektorscheitel hin ihre maximale Abstrahlung haben, in eine Richtung also, in der wegen der Torusbelegung eigent­ lich eine Strahlungsnullstelle erwünscht wäre, muß der Schei­ telbereich des Subreflektors so ausgebildet sein, daß die in Richtung zum Hauptreflektor reflektierten Strahlen aufge­ spreizt werden und damit die Energie nach außen in Richtung des Maximums der Torusbelegung ausgelenkt wird.

Es sind auch seit längerem Vorschläge bekannt, wonach durch eine annähernd sektorförmige Erregercharakteristik eine gleichmäßigere Ausleuchtung des Subreflektors erreicht wird. Ziel dieser Vorschläge war aber eher eine Anpassung des Erre­ gers an eine homogene Aperturbelegung, die in Bezug auf die Nebenzipfeldämpfung bekanntlich aber eher ungünstig ist und insbesondere die Strahlabblockung durch den Subreflektor au­ ßer acht läßt.

Aus DE-AS 23 42 904 ist darüber hinaus eine Zweireflektor- Mikrowellen-Richtantenne bekannt, bei der der Primärhorn­ strahler als Koaxialstrahler mit ringförmiger Apertur ausge­ bildet ist, der eine gewünschte ringförmige Feldkonzentrati­ on, d. h. eine torusförmige Abstrahlungscharakteristik mit in Längsrichtung verringerter Abstrahlung, aufweist. Dabei ist davon auszugehen, daß das Aperturfeld des Koaxialstrahlers zumindest angenähert parallel polarisiert ist.

Die durch die Torusbelegung und die Verwendung eines Koaxial­ strahlers im Prinzip erheblich verbesserte Nebenzipfeldämp­ fung läßt sich aber wegen der verbleibenden Störstrahlung durch die Subreflektorstützen nur zum Teil realisieren. Hier stellt sich das Problem, ob der Stützeneinfluß reduziert oder beseitigt werden kann.

Eine Reduzierung des Stützeneinflusses wurde bisher dadurch erreicht, daß die Stützen ovalen Querschnitt erhielten (GB 2 081 023 A), gekrümmt wurden (DE 31 00 855 A1), eine streuende oder absorbierende Oberfläche erhielten (DE 30 47 964 A1) oder am Hauptreflektorrand befestigt wurden (GB 1 162 312), um sie aus der geometrischen Streustrahlung des Subreflektors herauszubringen. Alle diese Maßnahmen zeigen eine gewisse Wirkung, verhindern jedoch nicht, daß bei hin­ sichtlich ihres Nebenzipfelverhaltens optimierten Antennen die Stützenstörstrahlung in bestimmten Raumwinkelbereichen wesentlich oder dominierend zum Nebenzipfelpegel beiträgt.

Weitere bekannte Maßnahmen in diesem Zusammenhang sind die Subreflektorbefestigung am Primärhornstrahler mittels metal­ lischer Stäbe, einer dielektrischen Haube (DE-OS 27 15 796) oder mittels eines massiven Schaumstoffträgers (DE 32 31 097 A1). Diese Maßnahmen haben aber eher Vorteile von der Kostenseite, als daß sie Verbesserungen bei der Nebenzipfel­ dämpfung bringen. Die dielektrischen Lösungen haben insbeson­ dere den gravierenden Nachteil, daß bei Regen erhebliche Zu­ satzdämpfungen sowie eine Erhöhung der Kreuzpolarisation auf­ treten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die durch die Torusbelegung in der Antennenapertur und die Verwendung eines koaxialen Pri­ märhornstrahlers schon verbesserte, aber wegen der verblei­ benden Störstrahlung durch die Subreflektorstützen oftmals immer noch unzureichende Nebenzipfeldämpfung zu verbessern. Durch die Erfindung soll somit das Stützenproblem bei einer zentral gespeisten Zweireflektor-Mikrowellen-Richtantenne, die gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgebildet ist, in einfacher Weise aus der Welt geräumt werden.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Richtan­ tenne durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Innenleiter muß dazu le­ diglich genügend stabil ausgebildet sein. Vorteilhaft ist ei­ ne kurze Entfernung zwischen dem Primärhornstrahler und dem Subreflektor.

Eine solche kurze Entfernung läßt sich insbesondere dann rea­ lisieren, wenn die beiden Reflektoren in an sich bekannter Weise so ausgebildet sind, daß die am weitesten innen am Subreflektor liegenden Strahlen an den Rand des Hauptreflek­ tors umgelenkt werden. Es handelt sich dabei um ein sogenann­ tes strahlinvertiertes Reflektorsystem ("Split Focus"-Sy­ stem).

Der als Koaxialstrahler ausgebildete Primärhornstrahler weist in vorteilhafter Weise innerhalb seines Hornaperturbereichs im Außenleiter und/oder auf dem Innenleiter eine Rillenstruk­ tur, metallische Längsstege und/oder eine dielektrische Wand­ beschichtung auf, um eine drehsymmetrische Amplitudenvertei­ lung mit einheitlicher Polarisation zu erzielen.

Die Speisung des Primärhornstrahlers erfolgt über Hohlleiter­ ankopplungen an der Stirnseite in ähnlicher Weise, wie dies von der Speisung nichtkoaxialer Hörner her bekannt ist.

Zur Abstützung des Innenleiters im Hornstrahleraperturbereich kann in zweckmäßiger Weise eine dielektrische Scheibe ange­ ordnet werden. Um kurze Erregerhornstrahler mit großem Öff­ nungswinkel verwenden zu können und trotzdem eine geringe Subreflektorüberstrahlung zu erreichen, kann die dielektri­ sche Scheibe zweckmäßig als dielektrische Linse ausgebildet werden. Durch die Form der Linse kann zugleich der Feldver­ lauf auf dem Subreflektor beeinflußt werden. Sie ist in zweckmäßiger Weise so geformt, daß sie im Zusammenwirken mit dem über den Hornaperturbereich des Koaxialstrahlers hinaus­ ragenden, wellenführenden Innenleiter eine gute Annäherung des Strahlungsfeldes am Ort des Subreflektors an die ge­ wünschte Verteilung mit einem zentralen Minimum bewirkt. Ver­ bleibende Phasen- und Amplitudenfehler können durch geeignete Formgebung von Haupt- und Subreflektor ausgeglichen werden. Bei Verwendung der dielektrischen Scheibe oder Linse entfällt die sonst nötige Abdeckfolie in der Hornstrahlerapertur.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische, aber nicht maßstäbliche Seitenan­ sicht eines Ausführungsbeispieles einer Zweireflektor-Antenne nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Systems "Primär­ hornstrahler-Subreflektor" einer Zweireflektor-Richtantenne nach der Erfindung, und

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung III-III durch das System nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen, aber nicht maßstäbli­ chen Seitenansicht eine rotationssymmetrisch aufgebaute Zwei­ reflektor-Mikrowellen-Richtantenne mit einem Hauptreflektor 5, einem den Hauptreflektor 5 ausleuchtenden Subreflektor 4 und einem mit seiner Öffnung zwischen dem Scheitel des Hauptreflektors 6 und dem Scheitel des Subreflektors 4 ange­ ordneten Primärhornstrahler 1. Der Primärhornstrahler 1 ist mit einem Haltekonus 7, der ein Speisenetzwerk enthält, am Hauptreflek­ tor 5 befestigt und wird von hinten über Hohlleiter gespeist. Die Aperturbelegung der dargestellten Antenne soll derart torusförmig ausgelegt sein, daß sie sowohl zum Hauptreflek­ torrand 6 als auch zum Subreflektorrand 8, ausgehend von einem dazwischen liegenden Maximum, annähernd gleichmäßig abfällt. Der Primärhornstrahler 1 ist als Koaxialstrahler mit ringför­ miger Apertur ausgebildet, dessen Aperturfeld zumindest ange­ nähert parallel polarisiert ist und dessen Nahfeld-Charakte­ ristik in Achsrichtung eine gegenüber dem Maximum verringerte Abstrahlung aufweist. Der Innenleiter 2 des koaxialen Primär­ hornstrahlers 1 ragt über den Hornaperturbereich hinaus. Der Subreflektor 4 ist im Scheitelbereich direkt am herausragenden Innenleiter 2 ohne zusätzliche Abstützung befestigt. Das System "Subreflektor 4-Hauptreflektor 5" ist so berechnet, daß der innerste vom Subreflektor 4 ausgehende Strahl 9 den Haupt­ reflektorrand 6 trifft und ein außen am Subreflektor 4 re­ flektierter Strahl 10 knapp am Subreflektorrand 8 vorbei­ streicht. Es handelt sich somit um ein strahlinvertiertes Reflektorsystem, das auch als "Split Focus"-System bezeichnet wird. Der koaxiale Primärhornstrahler 1 weist in seinem Aper­ turbereich zwischen dem Außenleiter 3 und dem Innenleiter 2 ein ringförmiges Phasenzentrum 11 auf. An dem dem Hauptre­ flektor abgewandten Ende des Haltekonus 7 ist eine Stirnplatte 12 mit Einkopplungsöffnungen vorgesehen.

In Fig. 2 ist in einer schematischen Seitenansicht ein koaxia­ ler Primärhornstrahler 1 mit einem daran fest angebauten "Split Focus"-Subreflektor 4 dargestellt. Wie beim Erregersystem nach Fig. 1 ist auch bei diesem System der Subreflektor 4 am Innen­ leiter 2 des koaxialen Primärhornstrahlers 1 direkt in seinem Scheitelbereich befestigt. In seinem Außenleiter 3 weist der koaxiale Primärhornstrahler 1 eine Rillenstruktur 19 auf. Der Innenleiter 2 ist mit Längsstegen 13, 14, 15 und 16 versehen. Die Längsstege 13 bis 16 können in ein stabförmiges dielektri­ sches Material eingebettet werden. Die Rillenstruktur 19 und die Längsstege 13 bis 16 dienen der Erzielung einer drehsymme­ trischen Amplitudenverteilung mit einheitlicher Polarisation. Zur Abstützung des Innenleiters 2 ist in der Apertur des Hornstrahlers 1 eine dielektrische Scheibe 17 eingesetzt. Damit der Hornstrahler 1 kurz und damit mit großem Öffnungs­ winkel ausgebildet werden kann, aber trotzdem eine geringe Subreflektorüberstrahlung erreicht wird, ist die dielektri­ sche Scheibe 17 als bündelnde Linse geformt. Durch die spe­ zielle Linsenform der Scheibe 17 läßt sich dann zugleich der Feldverlauf auf dem Subreflektor 4 beeinflussen. Noch ver­ bleibende Phasen- und Amplitudenfehler lassen sich durch geeignete Formgebung des Hauptreflektors und des Subreflektors 4 ausgleichen. Aufgrund der Verwendung der dielektrischen Scheibe 17 kann auf die sonst übliche Folienabdeckung verzichtet werden. Der Primärhornstrahler 1 weist an seinem dem Subreflektor 4 abgewandten Ende einen Flansch 18 auf, der an einen Flansch 20 eines Haltekonus mit Speisenetzwerk fest montiert werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt III-III des Systems nach Fig. 2. Daraus ist ersichtlich, daß die Längsstege 13 bis 16 des Innenleiters 2 im Querschnitt insgesamt die Form eines Kreuzes bilden.

Claims (7)

1. Zentral gespeiste rotationssymmetrische Zweireflektor- Mikrowellen-Richtantenne unter Verwendung eines Hauptreflek­ tors, eines den Hauptreflektor ausleuchtenden Subreflektors und eines mit seiner Öffnung zwischen dem Hauptreflektor und dem Subreflektor angeordneten Primärhornstrahlers, der als eine torusförmige Abstrahlungscharakteristik mit in Längsrichtung verringerter Abstrahlung aufweisender Koaxialstrahler mit ringförmiger Apertur ausgebildet ist, dessen Aperturfeld zumindest angenähert parallel polarisiert ist, wobei durch Formung von Sub- und Hauptreflektor und/oder durch Gestaltung des vom Koaxialstrahler abgestrahlten Feldes die Feldstärkebelegung in der innerhalb des Randes des Hauptreflektors liegenden Antennenapertur torusförmig derart verläuft, daß die Feldstärkebelegung zwischen dem Rand des Hauptreflektors und dem Rand des den Hauptreflektor in einem inneren Bereich abschattenden Subreflektors ein Maximum aufweist, von dem die Feldstärkebelegung sowohl zum Rand des Hauptreflektors hin als auch zum Rand des Subreflektors hin annähernd gleichmäßig abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (2) des Koaxialstrahlers (1) über den Hornaperturbereich hinausragt und daß der Subreflektor (4) in seinem Scheitelbereich direkt am herausragenden Innenleiter (2) ohne zusätzliche Abstützung befestigt ist.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaxialstrahler (1) innerhalb seines Hornaperturbereiches auf dem Innenleiter (2) und/oder im Außenleiter (3) eine Rillenstruktur (19), Längsstege (13 bis 16) und/oder dielektrische Schichten aufweist.

3. Richtantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Hornaperturbereich des Koaxialstrahlers (1) hinausragende Teil des Innenleiters (2) ebenfalls eine Rillenstruktur, Längsstege (13 bis 16) und/oder eine dielektrische Beschichtung trägt.

4. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektoren (4, 5) so ausgebildet sind, daß die am weitesten innen am Subreflektor (4) liegenden Strahlen an den Rand (6) des Hauptreflektors (5) umgelenkt werden (Split Focus-Prinzip).

5. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hornaperturbereich des Koaxialstrahlers (1) zur Stützung des Innenleiters (2) eine dielektrische Scheibe (17) angeordnet ist.

6. Richtantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Scheibe (17) als dielektrische Linse ausgebildet ist.

7. Richtantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Linse so geformt ist, daß sie im Zusammenwirken mit dem über den Hornaperturbereich des Koaxialstrahlers (1) hinausragenden, wellenführenden Innenleiter (2) eine gute Annäherung des Strahlungsfeldes am Ort des Subreflektors (4) an die gewünschte Verteilung mit einem zentralen Minimum bewirkt.