DE69326336T2

DE69326336T2 - Antenne mit gefalteter linse

Info

Publication number: DE69326336T2
Application number: DE69326336T
Authority: DE
Inventors: Geoffery Poulton
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1992-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: IL105613A; EP0639296A1; ATE184426T1; WO1993022806A1; EP0639296A4; JPH07506945A; US5627553A; EP0639296B1; DE69326336D1

Description

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gefaltete Linsenantenne zum Senden und Empfangen und auf ein System zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie unter Verwendung einer derartigen Antenne.

Hintergrund der Erfindung

Mit der Verbreitung der Satellitenkommunikation und dem Entstehen verschiedener Märkte auf diesem Gebiet hat sich seit kurzem ein Bedarf nach Entwicklung von mobilen Satellitenkommunikationsanlagen ergeben. Die zur Zeit eingesetzten Systeme enthalten relativ teure Bauteilgruppen und übersteigen typischerweise die finanziellen Möglichkeiten des Durchschnittsverbrauchers. An die Antenne von mobilen Satellitenkommunikationssystemen werden besonders hohe Anforderungen gestellt und es war bisher nicht möglich eine für Satellitenbetrieb taugliche Antenne zu einem kostengünstigen Preis herzustellen. Bei der Entwicklung des AUSSAT-B Satellitensystems für Australien wurden als Marktpreis für eine mobile Satellitenkommunikationsanlage ca. AUS$ 2000.- veranschlagt. Zu den weiteren Voraussetzungen gehört, dass eine taugliche Antenne von den Abmessungen her eine problemlose Montage auf einem Fahrzeugdach erlauben muss. Wegen der geringen Bauhöhe, die die Verwendung eines planaren Strahlers bedingt, muß außerdem eine im AUSSAT System verwendeten Antenne einen Antennengewinn 12 dB aufweisen und in einen Elevationsbereich von 30 bis 70º bei voller Abdeckung des Azimutbereiches von 360º arbeiten können. Die Technik von phasengesteuerten Planarantennen lässt sich hierfür einsetzen, und es wurden in dieser Richtung einige Fortschritte in der Entwicklung erzielt, jedoch erschweren hohen Kosten der Bauteile zur Phasenverschiebung die geforderte kostengünstige Herstellung.
Das US Patent Nr. 4 819 003 beschreibt einen Antennenaufbau, wobei eine Welle, die durch die Einspeisung in einem unteren, durch parallele Platten gebildeten Bereich erzeugt wird, eine zylindrische auf die Symmetrieachse zentrierte Wellenfront aufweist, in eine Welle überführt wird, die in einen oberen, durch parallele Platten gebildeten Bereich eingekoppelt wird, wobei deren zylindrische Wellenfront auf die Symmetrieachse hin konvergiert. Der in diesem Patent beschriebene Antennenaufbau erzeugt einen fixierten Strahl, der sich direkt aus der im oberen Wellenleiter gebildeten gekrümmten Wellenfront ergibt.

Aufgaben der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gefaltete Linsenantennen zum Senden und Empfangen und Systeme zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Signalen zu schaffen, wobei in diesen Systemen derartige Antennen verwendet werden.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine gefaltete Linsenantenne zum Senden und Empfangen beschrieben, zu der gehören:
ein erster krummlinig berandeter Wellenleiter mit paralleler Platte;
ein zweiter krummlinig berandeter Wellenleiter mit paralleler Platte;
Wellenleiterkopplungsmittel, die betriebsmäßig dem ersten und dem zweiten Wellenleiter zugeordnet sind, um ein Signal zwischen diesen zu übertragen;
Freiraumkoppelmitteln zum Ankoppeln des zweiten Wellenleiters an den freien Raum, wobei die Freiraumkoppelmittel betriebsmäßig dem zweiten Wellenleiter mit paralleler Platte zugeordnet sind und wobei
die Wellenleiterkoppelmittel derart gestaltet sind, dass sie ein Signal, das eine Welle mit einer im Wesentlichen gekrümmten Wellenfront aufweist, wie sie aus dem ersten Wellenleiter kommt, in ein Signal mit einer Welle mit einer im Wesentlichen ebenen Wellenfront in dem zweiten Wellenleiter transformieren; und
eine Vielzahl von Koppeleinrichtungen, die um einen krummlinig berandeten Reflektor herum angeordnet sind, die dem ersten Wellenleiter zugeordnet sind, um ein Signal zwischen dem ersten Wellenleiter und einem Sende-/Empfangsgerät zu übermitteln, das an die Koppeleinrichtungen anschließbar ist, um ein Scannen des Antennenstrahlmusters zu ermöglichen.
Die Vielzahl der Koppeleinrichtungen ermöglicht ein Scannen des Antennenstrahlmusters. Typischerweise sind 2 bis 60 Koppeleinrichtungen, noch typischer 4 bis 16 Koppeleinrichtungen vorhanden. Die Koppeleinrichtungen können entweder in einem symmetrischen Muster um den Reflektor gruppiert sein, derart dass sie voneinander gleichbeabstandet sind, oder sie können auch unsymmetrisch angeordnet sein, so dass ihre Abstände um den Reflektor herum variieren. Abhängig von der Anzahl der Koppeleinrichtungen kann das Signal von der kommende Antenne über eine Azimutstrahlbreite im Bereich von 0º bis 180º gescanned werden. Typischerweise wird der Strahl über eine Azimutstrahlbreite im Bereich von 5º bis 80º, noch typischer von 20º bis 55º gescanned.
Der erste und der zweite Wellenleiter sind vorzugsweise Wellenleiter von der Form glatter geschlossener Kurven. Die plane Geometrie des Querschnitts der Wellenleiter der gefalteten Linsenantenne der ersten Ausführung kann eine Linie der Form einer glatten geschlossenen Kurve darstellen, wobei ein Kreis (in diesem Falle ist der Wellenleiter ein zylindrischer Wellenleiter) und eine Ellipse eingeschlossen sind. Der erste und zweite Wellenleiter der ersten Ausführung können derselbe Wellenleitertyp sein (z. B. können beide elliptische Wellenleiter sein) oder der erste Wellenleiter kann sich vom zweiten Wellenleiter im Typ unterscheiden (z. B. kann der erste Wellenleiter zylindrisch und der zweite Wellenleiter elliptisch sein). Vorzugsweise sind der erste und der zweite Wellenleiter vom selben Wellenleitertyp.
Vorzugsweise ist das Wellenleiterkoppelglied ein Wellenleiterbogen, der längs der Peripherie des ersten und zweiten Wellenleiters angeordnet ist. Im Allgemeinen ist das Wellenleiterkoppelglied ein U-förmiges oder parabolisches, oder auch anders geformtes Bogenstück (die Form des Wellenleiterbogens kann nach der Analysetechnik bestimmt werden, wie sie von G. T. Poulton und A. P. Whichello in I. R. E. Conference International, Digest of Papers, 306-308, Sydney 5-9 September 1983 beschrieben ist, auf die hier Bezug genommen ist) derart, dass eine zylindrische Wellenfront in dem ersten Wellenleiter beim Auftreffen auf den Wellenleiterbogen in eine ebene Wellenfront transformiert wird und über den Bogen in den zweiten Wellenleiter gelenkt wird. Darüber hinaus wird eine ebene Wellenfront im zweiten Wellenleiter beim Auftreffen auf den parabolischen Wellenleiterbogen in eine zylindrische Wellenfront umgeformt und durch den Bogen in den ersten Wellenleiter gelenkt.
Vorzugsweise ist das Koppelmittel eine Sende/Empfangs- Platte, die mindestens eine Platte des zweiten Wellenleiters beinhaltet. Alternativ können die Koppelmittel in einer einzelnen Öffnung oder einer Vielzahl von Öffnungen in einer der parallelen Platten des zweiten Wellenleiters bestehen.
Vorzugsweise ist der Reflektor zentrisch im ersten Wellenleiter angeordnet.
Vorzugsweise sind die erste und zweite parallele Platte in einer sandwichartigen Form einander benachbart angeordnet. Dies wird durch den Einsatz einer gemeinsamen einzelnen Platte zwischen den beiden Wellenleitern bewerkstelligt.
Die Antenne kann so ausgelegt sein, dass sie in einem Frequenzbereich von 300 MHz bis 90 GHz, typischer von 500 MHz bis 75 GHz, noch typischer von 1 GHz bis 60 GHz, und sogar noch typischer im Mikrowellenspektralbereich arbeitet. Antennen, die bei 60 GHz oder 1,5 GHz arbeiten, sind von besonderem Interesse. Im Allgemeinen hat eine bei 1,5 GHz arbeitende Antenne einen Durchmesser von Im und eine Höhe von ca. 70 mm. Erforderlichenfalls lässt sich die Antenne derart gestalten, dass sie auch jenseits dieses Bereichs arbeitet, indem ihre Maße insgesamt entsprechend abgeändert werden. Beispiele Von vorgezogenen Koppelmitteln sind koaxial gekoppelte Monopole mit Dachkapazität und Monopole mit dielektrischem Vorsatz.
Vorzugsweise besteht der Wellenleiterbogen aus einem oder mehreren Metallteilen in Form einer im Wesentlichen U- förmigen oder parabolischen oder anders geformten (im Allgemeinen krummlinigen) gemeinsamen Wand (die Form des Wellenleiterbogens kann gemäß der Analysetechnik bestimmt werden, wie sie von G. T. Poulton und A. P. Whichello in I. R. E. Conference International, Digest of Papers, 306-308, Sydney 5-9 September 1983 beschrieben ist) an dem einen Ende des ersten und zweiten zylindrischen Wellenleiters mit paralleler Platte mit einem, der gemeinsamen Wand benachbarten Durchlass, durch den Energie zwischen den Wellenleitern hindurchgelangen kann.
Vorzugsweise werden zur Herstellung der Wellenleiter, des parabolischen Bogens und der Sende/Empfangsplatte die Metalle Kupfer, Messing oder Aluminium verwendet.
Typischerweise ist die Sende/Empfangsplatte ein festes, durchlässiges Dielektrikum oder eine Metallplatte mit Öffnungen.
Vorzugsweise werden die Wellenleiter mit einem Dielektrikum wie gefülltem Schaum ausgefüllt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System für den Empfang eines elektromagnetischen Signals geoffenbart, gekennzeichnet durch diese erfindungsgemäße Antenne für den Empfang des Signals;
einen Scanner, der betriebsmäßig der Koppeleinrichtungen zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen zu scannen, um das Signal mittels der Antenne durch Scannen der Koppeleinrichtungen empfangen zu können; und einen Empfänger, der betriebsmäßig dem Scanner zugeordnet ist, um das von den Koppeleinrichtungen kommende Signal zu empfangen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Senden eines elektromagnetischen Signals geoffenbart, gekennzeichnet durch die erfindungsgemäße Antenne zum Senden des Signals;
einen Scanner, der betriebsmäßig der Koppeleinrichtungen zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen zu scannen, um das Signal mittels der Antenne durch Scannen der Koppeleinrichtungen senden zu können; und
einen Sender, der betriebsmäßig dem Scanner zugeordnet ist, um das den Koppeleinrichtungen zu übergebende Signal zu senden.
Gemäß wiederum einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Senden und Empfangen eines elektromag netischen Signals offengelegt, gekennzeichnet durch die erfindungsgemäße Antenne zum Senden und Empfangen des Signals;
einen Scanner, der betriebsmäßig der Koppeleinrichtungen zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen zu scannen, um das Signal mittels der Antenne durch Scannen der Koppeleinrichtungen senden und empfangen zu können;
einen Empfänger, der betriebsmäßig dem Scanner zugeordnet ist, um das von den Koppeleinrichtungen kommende Signal zu empfangen; und
einen Sender, der betriebsmäßig den Koppeleinrichtungen zugeordnet ist, um das den Koppeleinrichtungen zu übergebende Signal zu senden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 einen Grundriss der gefalteten Linsenantenne;
Fig. 2 einen senkrechter Schnitt des Schnittes II- II in Fig. 1;
Fig. 2a eine Darstellung im Wesentlichen wie Fig. 2, jedoch mit dem parabolischen Wellenleiterbogen, wie er in der Beschreibund erläutert ist;
Fig. 3 Schaltanordnung zum Ankoppeln der Einkoppelantennen;
Fig. 4 eine Ausführung eines einpoligen Stufenschalters mit 4 Stellungen;
Fig. 5 ein bevorzugtes Sende/Empfangssystem;
Fig. 6 ein bevorzugtes Empfangssystem;
Fig. 7 ein bevorzugtes Sendesystem;
Fig. 8 eine alternative Anordnung der Einkoppelantennen; und
Fig. 9 ein Strahlmuster der gefalteten Linsenantenne.

Beste Art der Ausführung und andere Ausführungsarten der Erfindung

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, gehört zu der gefalteten Linsenantenne 1 ein durch eine Grundplatte 3 und eine Mittelplatte 4 gebildeter zylindrischen unteren Wellenleiter 2 mit paralleler Platte. Der zylindrische Wellenleiter 2 weist eine konzentrisch angeordnete Reflektorwand 5 auf. In der Nähe der Reflektorwand 5 befinden sich eine Reihe von Koppeleinrichtungen oder Einkoppelantennen 6, die dazu eingerichtet sind, die Energie aus dem Wellenleiter 2 in die mit der Antenne 1 verbundenen elektronischen Sende- und/oder Empfangsschaltungen einzukoppeln. Außerdem beinhaltet die Antenne 1 einen zwischen einer leckenden (durchlässigen) dielektrischen Abstrahlplatte 8 (z. B. einer durchlässigen dielektrischen Platte oder einer Metallplatte mit Öffnungen) und der Mittelplatte 4 gebildeten, oberen Wellenleiter 7 mit paralleler Platte.
Längs der Peripherie der beiden Wellenleiter 2 und 7 ist ein Wellenleiterbogen 9 angeordnet, der ein zylindrisches Signal, das im unteren Wellenleiter 2 als Welle mit zylindrischer Wellenfront vorliegt, in ein ebenes Signal im oberen Wellenleiter 7, bestehend aus einer Welle mit ebener Wellenfront transformiert und dahin überträgt, und ein ebenes Signal, das im oberen Wellenleiter 7 als Welle mit ebener Wellenfront vorliegt, in ein zylindrisches Signal im unteren Wellenleiter 7, bestehend aus einer Welle mit zylindrischer Wellenfront transformiert und in diesen überträgt. Der Bogen 9 hat im Wesentlichen ein U-förmiges oder parabolisches Profil und bildet den Durchlass 26, der die Wellenleiter 2 und 7 an deren Rändern miteinander verbindet. Die passenden Abmessungen des Bogens 9 werden mit Hilfe einer elektromagnetischen Feldanalyse auf optimalen Energietransfer zwischen den Wellenleitern 2 und 7 hin dimensioniert. Im Falle der Verwendung derartiger optimaler Abmessungen, lässt sich nachweisen, dass sich Gesetze der Optik auf die Felder die anwenden lassen die von der Eingangswelle in die Ausgangswelle laufen(siehe G. T. Poulton und A. P. Whichello in I. R. E. Conference International, Digest of Papers, 306-308, Sydney 5-9 September 1983). Insbesondere wird mittels eines Bogens 9 eine zylindrische Welle im Wellenleiter 2 nach optischen Gesetzen in eine nahezu ebene Welle im Wellenleiter 9 überführt.
Der dargestellte zweischichtige Aufbau mittels parallele Platten trennt die Funktion des Azimutscannens von der Funktion des Abstrahlvorgangs. Der Ring von Einkoppelantennen 6 ist bezogen auf die Radialrichtung auf halbem oder ungefähr halbem Radius der Antenne 1 angeordnet, d. h. im Pseudofokus des zylindrischen unteren Wellenleiters. Eine einzelne erregte Einkoppelantenne wird auf diese Weise nach außen gegen den Rand hin abstrahlen, wo der Bogen 9 mit paralleler Platte die Energie zum oberen Wellenleiter 7 leitet, wo sie gleichzeitig in der Azimutebene fokussiert wird. Die Abstrahlplatte 8 der Linsenantenne 1 ist derart gestaltet, dass sie die Energie durch Schlitze einer Metallplatte oder mittels auf einer dielektrischen Schicht aufgedruckter Strahler oder einer sonstwie geeignet gestalteten dielektrischen Schicht mit einem geeigneten Polarisations- und Elevationsmuster nach außen in den Raum entlässt.
Das Scannen des durch die Antenne 1 geformten Richtstrahls erfolgt durch sequentielles Schalten der Einkoppelantennen 6 oder durch Erregen gemäß einer speziellen Phasenbeziehung. So werden zum Scannen beim Senden eines Signals durch die mit beispielsweise sechs Einkoppelantennen a, b, c, d, e und f ausgestattete Antenne 1 anfänglich drei benachbarte Einkoppelantennen (z. B. Einkoppelantenne a, b und c) erregt, die ein beispielsweise ein 6º Segment abdeckendes Ausgangssignal in eine vorgegebene Richtung abstrahlen. Anschließend wird der Strahl um einen Schritt geeignet weiter geschaltet, um so die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne b, c und d), und damit ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abzustrahlen, um danach wiederum entsprechend um einen Schritt weiter geschaltet zu werden, damit die nächsten drei Einkoppelantennen erregt werden (z. B. Einkoppelantenne c, d und e), worauf ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abzustrahlen, während danach wiederum entsprechend um einen Schritt weiter geschaltet wird, um die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne d, e und f) damit ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abgestrahlt wird. Ähnlich werden bei beispielsweise acht Einkoppelantennen a, b, c, d, e, f, g und h anfänglich drei benachbarte Einkoppelantennen (z. B. a, b und c) erregt, die ein beispielsweise ein 6º Segment abdeckendes Ausgangssignal in eine vorgegebene Richtung abstrahlen. Anschließend wird der Strahl um einen Schritt entsprechend weiter geschaltet, um so die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne b, c und d), damit ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abgestrahlt wird, worauf danach wiederum entsprechend um einen Schritt weiter geschaltet wird, um die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne c, d und e) und ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abzustrahlen, um danach wiederum entsprechend um einen Schritt weiter zu schalten, um die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne d, e und f) und dadurch ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abzustrahlen, worauf sodann wiederum entsprechend um einen Schritt weiter geschaltet wird, damit so die nächsten drei Einkoppelantennen erregt (z. B. Einkoppelantenne e, f und g) und ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abgestrahlt wird, und danach wiederum entsprechend um einen Schritt weiter geschaltet, um so die nächsten drei Einkoppelantennen zu erregen (z. B. Einkoppelantenne f, g und h), und damit ein die nächsten 6º abdeckendes Ausgangssignal abzustrahlen. In beiden der oben angeführten Beispiele kann die Scanprozedur beliebig oft wiederholt werden. Typischerweise beginnt der Scanvorgang durch Erregen einer Gruppe von Einkoppelantennen, derart dass ein Signal, das ein Segment an dem einen Rand des Gesamtstrahls abdeckt, abgestrahlt wird, worauf durch allmähliches, sequentielles Erregen benachbarter Einkoppelantennen, wie oben dargelegt, der Bereich bis zum anderen Rand des Strahls überstrichen wird. Das Umschalten zur nächsten Gruppe von Einkoppelantennen kann durch geringe, entsprechende Veränderungen der relativen Amplituden und Phasen der erregten Einkoppelantennen geglättet werden. Mit anderen Worten kann der Strahl durch einzelne, sich beispielsweise um ca. 3 dB überschneidende Strahlen überblendet werden, um ein geglättetes Scannen mit der Antenne 1 zu erreichen. Die Anzahl von Einkoppelantennen, die jeweils eine Gruppe bilden, kann so gewählt werden, dass das erwünschte Ergebnis erzielt wird. So können statt Gruppen von jeweils drei Einkoppelantennen beispielsweise auch andere Gruppen, die aus einer, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Einkoppelantennen bestehen, gewählt werden. Zusätzlich kann die Anzahl der Einkoppelantennen jeder erregten Gruppe dieselbe sein (z. B. wie oben beschrieben 3 in jeder Gruppe) oder differieren (z. B. 2 in einer Gruppe, gefolgt von 3 in der nächsten Gruppe, gefolgt von 2 in der darauffolgenden Gruppe, etc.). Bei einer angenommenen Azimutstrahlbreite von 45º werden, wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellt, insgesamt 8 Einkoppelantennen benötigt. Jeder der Wellenleiter 2 und 7 kann mit einem Dielektrikum ausgefüllt sein.
Fig. 9 stellt den Richtstrahl 24 und das kreisende Scannen 25 durch Antenne 1 dar.
Da keine strengen Vorgaben hinsichtlich der Amplitudenschwankungen des Antennenstrahls unter den Bedingungen des Scannens bestehen, genügt ein einfacher zweiphasiger Modulator wie in Fig. 3 dargestellt, um die acht Einkoppelantennen 6 von Fig. 1 zu speisen.
Fig. 3 zeigt die Modulation und die Schaltanordnung zum Betrieb sämtlicher Einkoppelantennen 6. Die Anordnung umfasst einen zweiphasigen Modulator 10 und zwei einpolige Stufenschalter 11 und 12 mit jeweils vier Stellungen, die an die Ausgänge des Modulators 10 angeschlossen sind. Diese Anordnung ermöglicht es, je zwei beliebige, benachbarte Einkoppelantennen in einen aktiven Zustand zum Senden und/oder Empfang zu schalten. Dem Fachmann ist klar ersichtlich, dass zu jeweils einem Zeitpunkt jeweils nur zwei benachbarte Einkoppelantennen 6 gleichzeitig erregt sein können.
Da es keine strengen Vorgaben für die seitlichen Strahlungskeulen gibt, sind die Anforderung an die Isolation der beiden Schalter 11 und 12 gering. Auf diese Weise ist es möglich zur Kostenreduktion eine sehr einfache Schalteranordnung zu verwenden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen einfachen einpoligen Stufenschalter mit 4 Stellungen aus Fig. 3 und beinhaltet vier λ/4-Speiseleitungen 13 für Viertelwellen, die strahlenförmig von einem zentralen Knotenpunkt 14 ausgehen. Am Ende jeder Speiseleitung 13 befindet sich eine Diode 15, die kathodenseitig geerdet ist. Zwischen einem Knotenpunkt 14 und jeder Diode 15 ist je eine Einkoppelantenne 6 angeschlossen.
Wenn drei der Dioden durchgeschaltet sind, stellen sie für den Knotenpunkt 14 eine niedrige Impedanz dar, und somit steht die gesamte am Eingang 16 anliegende Leistung an der vierten Diode, die gesperrt ist, zur Verfügung.
Möglicherweise ist es abweichend von der in Fig. 4 gezeigten Anordnung erforderlich, jede der Dioden 15 im Minimum der Streuebenen der Einkoppelantennen 6 zu positionieren, um Auswirkungen der verkürzten Einkoppelantennen auf das Strahlmuster, das von allem ausgeht, was die Antenne 1 empfängt, zu minimieren.
Die Einkoppelantennen 6 werden gescanned, um den abgehenden Antennenstrahl auf den Sendesatelliten ausgerichtet zu halten. Dies kann durch irgendeines der verschiedenen bekannten Verfahren erreicht werden, wie z. B. Monopulsverfahren oder Beamnodding. Letzteres Verfahren, das sich der Niederfrequenzmodulation der Richtstrahlrichtung bedient, ist die bevorzugte Option.
In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Sende/Empfangssystem 41 dargestellt. Das System umfasst die Antenne 1, die auf die oben beschriebenen Weise mit den einpoligen Stufenschaltern 11 und 12 mit vier Stellungen verbunden ist. Die Schalter 11 und 12 sind an eine Modulator/Demodulatoreinheit 40 angeschlossen, die Signale in die Antenne einspeist bzw. von ihr empfängt. Der Modulator 40 ist mit einem Zirkulator 17 gekoppelt, der die Signale zu einer Empfängereinheit oder einer Sendereinheit leitet bzw an dieser Einheit vorbei leitet. Bei Empfang koppelt der Zirkulator 17 die Signale in das Bandpassfilter 18 ein. Das Empfangssignal wird dann über einen rauscharmen Verstärker 19 verstärkt und im Empfänger 20 demoduliert. Der Empfänger 20 liefert sodann an seinem Ausgang ein Informationssignal für beliebiges ausgangsseitig anschließbares Gerät. Wird gesendet, generiert ein Frequenzgenerator 21 eine Frequenz im Mikrowellenbereich, die am Eingang des Modulators 22 anliegt. Der Modulator 22 mischt die Mikrowellenträgerfrequenz mit einem Eingangsinformationssignal und erzeugt daraus ein moduliertes Signal. Das modulierte Signal wird über einen Leistungsverstärker 23 verstärkt und dann über den Zirkulator 17 und die anderen Komponenten, wie vorher beschrieben, der Antenne 1 zugeführt. Typischerweise kann das Sende/Empfangssystem 41 z. B. in der Elektronik von mobilen Satellitentelefonen eingesetzt werden.
Fig. 6 zeigt ein Scanner-Empfängersystem 31, das sich für den Rundfunk- und Fernsehempfang auf einer mobilen Plattform eigen würde. In dieser Ausführung ist ein Demodulator 30 an die Schalter 11 und 12 angekoppelt, der das Bandpassfilter wie bereits vorher beschrieben speist.
Fig. 7 zeigt eine Scanner-Sendesystem 50, das zum Senden eines Informationssignals dient. Diese Anwendung wäre bestens geeignet für Satellitenbodenstationen.
In Fig. 8 ist eine alternative Anordnung der Einkoppelantenne 6 dargestellt. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, erfolgt die Koppelung der Einkoppelantenne 6 im Wellenleiter 2 durch die Reflektorwand 5 hindurch. Um die geeignete Wellenform für das Senden zu erreichen, ist die Einkoppelantenne 6 im Wesentlichen senkrecht im Wellenleiter 2 ausgerichtet. Wie sich ebenso aus Fig. 8 entnehmen lässt, eignet sich der hinter der Reflektorwand 5 zur Verfügung stehende Raum gut für die Unterbringung der Schalter 11 und 12 (wobei hier nur der Schalter 11 dargestellt ist), den Demodulator 30 und das Bandfilter 18 bzw. den rauscharmen Verstärker 19. In der Fachwelt ist bekannt, dass es vorteilhaft ist, die Eingangskreise einer Empfangsanlage so nahe wie nur möglich bei der Antenne anzuordnen, und so bietet der durch die Reflektorwand 5 gebildete Raum eine ausgezeichnete Möglichkeit, diese Maßgabe zu erfüllen.

Industrielle Anwendung

Die gefaltete Linsenantenne der vorliegenden Erfindung (insbesondere die gefaltete Linsenantenne der zweiten Ausführung) eignet sich besonders für den Einsatz in mobilen Satellitenkommunikationssystemen.

Claims

1. Gefaltete Linsenantenne zum Senden und Empfangen:

mit einem ersten krummlinig berandeten Wellenleiter (2) mit paralleler Platte;

mit einem zweiten krummlinig berandeten Wellenleiter (7) mit paralleler Platte;

mit Wellenleiterkopplungsmitteln (9), die betriebsmäßig dem ersten und dem zweiten Wellenleiter (2, 7) zugeordnet sind, um ein Signal zwischen diesen zu übertragen; und

mit Freiraumkoppelmitteln (8) zum Ankoppeln des zweiten Wellenleiters (7) an den freien Raum, wobei die Freiraumkoppelmittel (8) betriebsmäßig dem zweiten Wellenleiter mit paralleler Platte (7) zugeordnet sind und wobei

die Wellenleiterkoppelmittel (9) derart gestaltet sind, dass sie ein Signal, das eine Welle mit einer im Wesentlichen gekrümmten Wellenfront aufweist, wie sie aus dem ersten Wellenleiter (2) kommt, in ein Signal mit einer Welle mit einer im Wesentlichen ebenen Wellenfront in dem zweiten Wellenleiter (7) transformieren, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Vielzahl von Koppeleinrichtungen (6) um einen krummlinig berandeten Reflektor (5) herum angeordnet sind, die in dem ersten Wellenleiter (2) zugeordnet sind, um ein Signal zwischen dem ersten Wellenleiter (2) und einem Sende-/Empfangsgerät (41, 31, 50) zu übermitteln, das an die Kopplungseinrichtungen (6) anschließbar ist, um ein Scannen des Antennenstrahlmusters zu ermöglichen.

2. Antenne nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, dass der erste krummlinig berandeten Wellenleiter mit paralleler Platte (2) ein zylindrischer Wellenleiter (2) mit paralleler Platte ist;

dass der zweite krummlinig berandeten Wellenleiter mit paralleler Platte (7) ein zylindrischer Wellenleiter (7) mit paralleler Platte ist;

dass der Reflektor (5) ein zylindrischer Reflektor (5) ist, der zentral in dem ersten zylindrischen Wellenleiter (2) mit paralleler Platte angeordnet ist und

dass die Wellenleiterkoppelmittel (9) betriebsmäßig dem ersten und dem zweiten Wellenleiter (2, 7) zugeordnet sind, um ein Signal zwischen diesen zu übermitteln, so dass ein zylindrisches Signal, das eine Welle mit einer zylindrischen Wellenfront, wie sie aus dem ersten Wellenleiter (2) kommt, in ein planares Signal mit einer ebenen Wellefront in dem zweiten Wellenleiter (7) transformiert.

3. Antenne nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiterkoppelmittel (9) einen Wellenleiterbogen (9) umfassen, der längs der Peripherie des ersten und des zweiten Wellenleiters (2, 7) angeordnet ist.

4. Antenne nach Anspruch (3) dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterbogen (9) eine Gestalt aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, zu der parabolische Gestalten und U-förmige Gestalten gehören.

5. Antenne nach einem der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Freiraumkoppelmittel (8) aus der Gruppe ausgewählt sind, zu der eine Sende-/Empfangsplatte, die zumindest eine Platte des zweiten Wellenleiters (7) umfasst, eine einzelne Öffnung in einer der parallelen Platten des zweiten Wellenleiters (7) und eine Vielzahl von Öffnungen in einer der parallelen Platten des zweiten Wellenleiters (7) gehören.

6. Antennen einen der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite zylindrische Wellenleiter (7) mit paralleler Platte einander benachbart in einer sandwichartigen Form angeordnet sind.

7. Antennen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne in der Lage ist in einer Frequenz im Bereich zwischen 300 MHZ bis 90 GHz zu arbeiten.

6. System zum empfangen eines elektromagnetischen Signals, gekennzeichnet durch

eine Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 zum Empfangen des Signals;

einen Scanner (11, 12, 30), der betriebsmäßig den Koppeleinrichtungen (6) zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen zu Scannen, um das Signal mittels der Antenne durch Scannen der Koppeleinrichtung (6) empfangen zu können; und

einen Empfänger (18, 19, 20) der betriebsmäßig dem Scanner (11, 12, 30) zugeordnet ist, um das von den Koppeleinrichtungen (6) kommendes Signal zu empfangen.

9. System nach Anspruch (8) dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (18, 19, 20) ein Filter (18) und einen Verstärker (19), die betriebsmäßig der Antenne (1) zugeordnet sind, um das zu empfangende Signal zu filtern und zu ver stärken, sowie einen Demodulator (20) aufweist, der betriebsmäßig dem Filter (18) und dem Verstärker (19) zugeordnet ist, um das zu empfangende Signal zu demodulieren und ein Ausgangsformationssignal zu erzeugen.

10. System zum Senden eines elektromagnetischen Signals, gekennzeichnet durch

eine Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Senden des Signals;

einen Scanner (11, 12, 10), der betriebsmäßig den Koppeleinrichtungen (6) zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen (6) zu scannen, damit der Sender das Signal über die Antenne durch eine Scannen der Koppeleinrichtungen (6) aussenden kann; und

einen Sender (21, 22, 23), der betriebsmäßig dem Scanner (11, 12, 10) zugeordnet ist, um das Signal den Koppeleienrichtungen (6) zuzuführen.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (21, 22, 23) einen Mikrowellenfrequenzgenerator (21), einen Modulator (22), der betriebsmäßig dem Generator (21) zugeordnet ist, um die Mikrowellenfrequenz mit einem Eingangsinformationssignal zu mischen, um ein moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen, und einen Leistungsverstärker (23) aufweist, der betriebsmäßig dem Modulator (22) zugeordnet ist, um das modulierte Signal zu verstärken und zum Aussenden des modulierten Signals in den freien Raum zu der Antenne (1) auszugeben.

12. System zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale gekennzeichnet durch:

eine Antenne (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Empfangen und Aussenden von Signalen;

einen Scanner (11, 12, 40), der betriebsmäßig den Koppeleinrichtungen (6) zugeordnet ist, um eine oder mehrere der Koppeleinrichtungen (6) zu scannen, damit die Signale über die Antenne durch ein Scannen der Koppeleinrichtungen (6) ausgesendet oder empfangen werden können;

einen Empfänger (18, 19, 20) der betriebsmäßig dem Scanner (11, 12, 30) zugeordnet ist, um das von den Koppeleinrichtungen (6) empfangene Signal entgegen zu nehmen; und

einen Sender (23, 22, 21), der betriebsmäßig den Koppeleinrichtungen (6) zugeordnet ist, um das Sendesignal an die Koppeleinrichtungen (6) zu übermitteln.

13. System nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (1) betriebsmäßig einem Zirkulator (17) zugeordnet ist, der mit Ausgangsmitteln (18, 19, 20) verbunden ist, wobei der Zirkulator (17) in der Lage ist, das durch die Antenne (1) empfangene Signal an die Ausgangsmittel (18, 19, 20) zu übertragen, und die Ausgangsmittel (18, 19, 20) ein Ausgangssignal erzeugen.

14. System nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Zirkulator (17) betriebsmäßig Eingangsmitteln (21, 22, 23) für modulierte Signale zugeordnet ist, um ein moduliertes Eingangsinformationssignal von dem Eingangsmittel (21, 22, 23) zu der Antenne (1) zwecks Aussendens des Signals in den freien Raum zu übertragen.

15. System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, das in einem Frequenzbereich zwischen 300 MHz bis 90 GHz betreibbar ist.