DE6610839U - Richtantennenanordnung fuer sehr kurze elektromagnetische wellen. - Google Patents

Description

HA.219101-26.4.66 ¹V ,

Siemens & Halske München 2, den 2 6. APR. 196 6 j

Aktiengesellschaft Wittelsbacherplatz 2 Li- i

^PA 66/2406

Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen

Die Erfindung betrifft eine Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen nach Art einer in der Aziinut- und der Elevationsebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne, be~ stehend aus einem rotationssymmetrischen paraboloidförmigen großen Hauptrsflektor, durch den ein im Scheitelhereich angebrachter Hornparabol als Erregerstrahler hindurchstrahlt, der

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über einen sich im Aperturbereich des Hauptreflekt-ors befindlichen Fangreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet.

Richtantennenanordnungen der vorbezeichneten Art werden vorwiegend in Bodenstationen im Satellitenfunkverkehr verwendet. 1 Zur Erzielung eines hohen Antennengewinnes müssen diese Anten- | nen verhältnismäßig große mechanische Abmessungen haben. Darüber- f hinaus ist es erforderlich, diese rauscharmen Antennen in der | Weise auszubilden, daß das Antennendiagramm bei einer sehr ]

scharfen Richtcharakteristik nur kleine Nebenzipfel und eine

■ I hohe Rückwärtsdämpfung aufweist. Bei den bekannten Antennen sind

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die für den Betrieb erforderlichen hochfrequenten Geräte, wie _{t 5},_; beispielsweise empfindliche Empfänger, die in der Regel als ^£ parametrische Verstärkereinrichtungen mit Stickstoff- oder Heliumkühlung ausgebildet sind, im allgemeinen unmittelbar am Speisehorn angebracht. Bei der Drehbewegung der Antenne müssen. · demzufolge die gesamten hochfrequenten Geräte mitgeführt werden. Eine Folge davon ist, daß die Wartung und die Versorgung dieser Geräte einen erheblichen zusätzlichen technischen Aufwand bedingt, wenn ein einwandfreies Funktionieren der gesamten Anordnung gewährleistet sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Yfeise zu begegnen. Insbesondere soll ein Weg zum Aufbau einer Richtantennenanordnung aufgezeigt werden, bei der der gesamte Betrisbsraum mit

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sämtlichen erforderlichen Geräten in Ruhe bleibt, und bei der gleichzeitig exzentrische Lagerungen der an sich ein verhältnismäßig hohes Gewicht aufweisenden Richtantenne weitgehend vermieden werden.

Ausgehend von einer Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnet, is ehe Wellen nach Art einer in der Azimut- und der Elevationsebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne, bestehend aus einem rotationssymmetrischen, paraboloidförmigen Hauptreflektor, durch den ein im Seheitelbereich angebrachter Hornparabol als Erregerstrahler hindurchstrahlt, der über einen sich in Aperturbereich des Hauptreflektors befindlichen Fangreflektor den

• Hauptreflektor ausleuchtet, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß im Hornparabol vier Umlenkspiegel

' vorgesehen sind, von denen einer parabolisch und drei eben

• geformt sind, daß die Achse des konischen Hornteiles des Horn- . , }'. . parabols in Zenitstellung mit der Achse des Hauptreflektors * zusammenfällt, die gleichzeitig die Azimut-Drehachse darstellt, "*'· und daß zwischen zwei Umlenkspiegeln, deren Verbindungsachse ·-:' senkrecht auf der Azimut-Drehachse steht und die Elevations- ■■- \j

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achse darstellt, eine Hochfrequenzdrehkupplung angeordnet ist. ■.·':

Hierbei ist es weiter vorteilhaft, wenn im konischen Hornteil des Hornparabols eine Hochfremenzdrehkupplung angeordnet ist, derart, daß an der Spitze des Hornparabols angeschlossene Ge-

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rate bei Azimut- und Elevationsbewegung der Antenne in Ruhe bleiben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

' Die Figur zeigt schematisch im Schnitt eine Richtantennen-• ' ■ . anordnung, die in der Art einer in der Azimut— und ügt EIe-

vationsebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne ausgebildet ist, '-'",.. und bei der der Hauptreflektor in der Zenitstellung steht. Die · Richtantennenanordnung besteht aus einem rotationssyraraetrischen, paraboloidförraigen Hauptreflektor 11, einem Fangreflektor 12 und einen Erregerstrahler 9> der in Form eines Hornparabols ausgebildet ist und der in einen Betriebsraum 6 einmündet. In der . >.<-. · Zeichnung sind noch schematisch die Stützkonstruktionen 13 für ·. : ' ^: ■den Fauptreflektor 11 sowie die Stützen H für den Fangreflek-._4 ^;:r tor 12 gezeichnet. Der Hornparabol 9₃ der den Hauptreflektor 11 j Λ'·'-*·^ in dessen Scheitelbereich durchbricht, ist mehrfach gefaltet : *"<£:'>?·■? und steht über das konische Hornteil 10 mit dem Betriebsraum 6 '·-■ ■ . in Verbindung. Im Betriebsraum 6 können die für eine Hochfre- \;^:>^: querverbindung erforderlichen Geräte in an sich bekannter Vteise.· " "untergebracht werden. Zur Faltung des Hornparaboles 9 sind vier Umlenkspiegel 1, 2, 3 und 4 vorgesehen, die die el3ktromagnetischen Wellen jeweils um 90° in der Fortpflanzungsrichtung umlenken. Die Längsachse 16 des konischen Hornteiles 10 dec Horn-

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parabols 9 bildet gleichzeitig die vertikale Drehachse, um die sich die Antenne "bei azimutaler Bewegung dreht, v/i ο es durch den Pfeil 18 angedeutet ist. Die Faltung des Hornparabols 9, d.h. also in v/esentlichen die Anordnung der Umlenkspiegel \ ■ bis 4 ist dabei derart gewählt, daß die Achse des Hauptreflektors 11 in dessen Zenitstell^ng mit der Achse des konischen ^: . Hornteiles 10 zusammenfällt. Auf diese Weise liegt in der Zenit-', ' stellung des Hauptreflektors 11 sein Schwerpunkt zumindest ^; ' näherungsweise in der Achse 16, die gleichzeitig die Drehachse bei azimutaler Bewegung der Antenne bildet. Dadurch wird eine

nahezu zentrische lagerung des Hauptreflektors 11 in der Zenitstellung und gleichzeitig eine Verkleinerung des Drchkreises "'■;' der Antenne bei Drehung in der Azimut-Ebene erreicht. Damit

■ läßt sich auch der für die Nachsteuerung der Antenne erforder- ! - liehe konstruktive Aufwand erheblich verringern. Dieser Aufbau ■' ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn sich der Haupt-. ■· reflektor in einer von der Zenitstellung abweichenden Lage be-T.v ■ findet und sich gegebenenfalls um die vertikale Achse dreht, |:«T v/eil sich eine an sich verhältnismäßig geringe Exzentrizität • '^: '-'.'' in der Gewichtsverteilung der gesamten Antennenkonstruktion Yer?5blen läßt. Dadurch ergeben sich insbesondere hinsichtlich ;

"der mechanischen Beanspruchung der für den konstruktiven Aufbau der Antenne erforderlichen 'feile, wie beispielsweise der Stützkonstruktionen, besonders günstige Verhältnisse und es kann die Gesantkonstruktion, beispielsweise bei Aufstellung der Antenne im Freien, vor allem auch den durch Winddruck hervor-

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gerufenen Einflüssen verhältnismäßig leicht angepaßt werden. Darüberhinaus läßt sich auch eine relativ gleichmäßige Gewichtsverteilung in deruJLager st eilen erzielen, in denen die "beweglichen Teile der Gesaratkonstruktion für die Schwenkung um die horizontale und die vertikale Achse gelagert sein müssen. Zur ungestörten Fortführung der elektromagnetischen Energie ist "beispielsweise zwischen den Umlenkspiegeln 1 und 2 eine Eochfrequenzdrehkupplung 8 vorgesehen. Die Drehkupplung 8 stellt ^l hochfrequenzmäßig eine weitgehend störungsfreie "Verbindung dar, wenn die Antenne in der Elevationsebene geschwenkt wird, d.h. also, wenn sich die Antenne um die zwischen den Spiegeln 1 und 2 liegende Verbindungsachse 15 dreht, wie es durch den Pfeil 19 angedeutet ist. Die Drehkupplung 8 kann jedoch auch

in dem zwischen den Umlenkspicgeln 3 und 4 liegenden Verbindungsstück liegen, wie es durch die Pfeile 8' angedeutet ist. In diesem Fnlle bewegt sich die Antenne bei Schwenkung in der Elevationsebene um die Verbindungsachse 15', die die Mittel-Ä achse der Umlenkspiegel 3 und 4 bildet und die wie die Achse senkrecht auf der vertikalen Drehachse 16 steht. Durch die mehrfache Faltung das Speisehornes 9 lassen sich somit drei Achsen, nämlich die vertikale Drehachse der Antenne, die Achse den Hauptreflektors 11 und die Achse des konischen Teiles 10 des Speisehornes 9 zur Deckung brirgen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei Drehung der Antenne um die vertikale Achse die an das konische Hornteil 10 im Betriebsraum 6 angeschlossenen hochfrequenten Geräte nicht wie bei den bekannten Kon-

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ja

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struktionen auf einer Kreisbahn um die Spitze des konischen Hornteiles 10 bewegt werden nüssen, sondern sie drehen sich nurmehr unmittelbar um die vertikale Drehachse 16. Wenn iia konischen Hornteil 10 des Hornparabols 9 eine weitere Hochfrequenzdrehkupplung 7 angeordnet ist, dann können die an die Eornsptze im Betriebsraum 6 angeschlossenen Hochfrequenzgeräte sowohl bei der Azimut- als auch bei der Elevationsbewegung der Antenne vollkommen in Ruhe bleiben.

Die elektrische Yfirkungsweise dieser Anordnung sei anhand des Sendefalles noch näher erläutert.

Es sei angenommen, daß in die Spitze des konischen Hornteiles 10 ein Hohlleiter einmünde, der mit einem im Geräteraum untergebrachten hochfrequenten Sender in Verbindung steht. Dadurch breitet sich im konischen Hornteil 10 eine Kugelwelle aus, die an dem ebenen Umlenkspiegel 1 reflektiert und un 90° umgelenkt wird. Die Kugelwelle trifft anschließend auf den parabolförmig ausgebildeten Spiegel 2, der sie abermals um 90° umlenkt. Durch die Reflexion am parabolfö'rmigen Umlenkspiegel 2 v/ird die Kugelwelle zu einer angenähert ebenen V/elle umgeformt. Diese ebene Welle wird im zylindrischen Rohr 5 geführt und trifft auf den ebenen Spiegel 3. Nach einer weiteren Umlenkung um trifft die Welle auf den vierten Umlenkspiegel 4, der sie ebenfalls um 90° umlenkt und an den Ausgang des Speisehornea 9 weiterleitet. Vom Speisehorn 9 läuft somit eine angenähert ebene

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Wellenfront zum Fangreflektor 12, der sich im Nahfeld des Speisehornes 9 befindet. Die Kontur des Fangreflektors 12 ist so ausgebildet, daß die von ihm reflektierte Wellenfront eine Kugelwelle darstellt, deren Zentrum im Punkt 17 sitzt. Der Punkt 17 wiederum stellt den Brennpunkt des großen Hauptreflektors 11 dar, von dem sich wegen der parabolischen Form somit eine ebene Wellenfront ablöst.

In der Pigur ist der Umlenkspiegel 2 paraboloidförmig gezeichnet. |

Es ist dies kein zwingendes Erfordernis, sondern es kann an sich jeder der Umlenkspiegel in Form eines Paraboloides ausgebildet sein. Dabei ist lediglich darauf zu achten, daß sich der Trichter von der Trichterspitze bis zum paraboloidförmigen Umlenkspiegel gewissern.aßen fortsetzt, d.h. es darf die von der Trichterspitze verlaufende Kugelwelle auf dem Weg zum paraboloidförnigen „nlenkspiegel nirgends durch ein zylindrisches Verbindungsstück gestört werden. Unmittelbar anschließend an den paraboloidförmigen Umlenkspiagel bis zur Öffnung des Hornparaboles, d.h. also, in den Teilabschnitten des Hornparabols 9» in denen sich eine ebene Welle fortpflanzt, dürfen jeweils nur zylindrische Verbindungsstücke vorhanden sein. In der Zeichnung ist dies im einzelnen auch zu erkennen. Bei Ausbildung des Spiegels 2 als Parabol muß das zwischen den Umlenkspiegeln 1 und 2 liegende Verbindungsstück trichterförmig ausgebildet sein, da sich in diesem Teil noch eine Kugelwolle ausbreitet. In diesem Fall liegt die Hochfrequenzdrehkupplung 8 in einem trichter-

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förmigen Abschnitt. Nach der Umformung in eine ebene Welle durch den Spiegel 2 müssen die einzelnen Verbindungsstücke zwischen den Umlenkspiegeln zylindrisch ausgebildet sein, wie es durch das zwischen den Umlenkspiegeln 2 und 3 liegende Verbindungsstück 5, durch das zwischen den Umlenkspiegeln 3 und 4 liegende Verbindungsstück, in dem gegebenenfalls die Hochfrequenzdrehkupplung S¹ angebracht sein kann, und das zwischen den Umlenkspiegel 4 und dem Ausgang des Hornparabols 9 liegende Verbindungsstück angedeutet ist. Die Anordnung der Umlenkspiegel relativ zu den Verbindungsstücken muß im einzelnen so erfolgen, daß keine unerwünschten Abdeckungen auftreten, da sich anderenfalls Störungen in der Fortpflnzung der elektromagnetischen Y/el-Ie ergeben würden, die wiederum unerwünschte'·' Phasenverzerrungen und eine unerwünschte zusätzliche Dämpfung zur Folge hätten. Erforderlichenfalls kann zur Phasenkorrektur der Umlenkspiegel 4 eine schwach gekrümmte Form haben, die zweckmäßig empirisch erfaßt wird.

2 -rBnsprüche
1 Figur

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Claims (1)

1. S 56 806/21 a Gbm München, 20. Mai 1977

   Hka 1 Obh

   Unser Zeichen: VPA 66/2406

   Schutzanspruch

   Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische ; Wellen nach Art einer in der Azimut- und der Elevations- ;■ ebene schwenkbaren Cassegrain-Antenne, bestehend aus einem rotationssymmetrischen, paraboloidförmigen Hauptreflektor, durch den ein im Scheitelbereich angebrachter Hornpax'abol ; ι ?, als Erregerstrahl hindurchstrahlt, der über einen sich j

   im Apertarbereich des Hauptreflektors befindlichen Fang- j

   ί reflektor den Hauptreflektor ausleuchtet, dadurch j

   i

   jj gekennzeichnet, daß im Hornparabol (10,5,9) ) vier Umlenkspiegel (1,2,3»4) vorgesehen sind, von denen - in Senderichtung betrachtet - der erste (1) parabolisch bzw. eben der zweite (2) eben bzw. parabolisch und die beiden weiteren (3,4) eben geformt sind, daß die Achse (16) des konischen Hornteiles (10) des Hornparabols (10,5,9) in Zenitstellung mit uer Achse des Hauptreflektors (11) zusammenfällt, 4ie gleichzeitig die Azimut-Drehachse darstellt, daß zwischen zwei Umlenkspiegeln (1,2 bzw. 3,4), deren Verbindungsachse (15 bzw. 15') senkrecht auf der Azimut-Drehachse (16) steht und die Elevat.lonsachse darstellt, eine Hochfrequenzdrehkupplung (8 bzw. 8^f) angeordnet ist, und daß im konischen Hornteil (10) eine weitere Hochfrequenzdrehkupplung (7) angeordnet ist.

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