DE977632C - Antenne fuer Radioteleskope und Radargeraete - Google Patents

Description

Radioteleskope und Radargeräte großer Reichweite besitzen fast ausschließlich Richtantennen mit parabolischen Reflektoren und einem im Brennpunkt angebrachten Primärstrahler oder Erreger, dessen Strahlung den Parabolspiegel ausleuchtet. Mit der Richtungssuche oder Zielverfolgung muß die gesamte Antenne mechanisch geschwenkt oder nachgeführt werden, was bei sehr großen und schweren Konstruktionen einen hohen Aufwand erfordert. Insbesondere lassen sich die großen Radarreflektoren, wie sie zur Erzielung größter Reichweite notwendig sind, kaum mit den Umlaufgeschwindigkeiten bewegen, wie sie für Rundsuchatilagen gegen sehr schnell bewegte Ziele unerläßlich sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Antenne für Radioteleskope und Radargeräte, mit welcher sowohl stehende azimutale Richtstrahlen als auch ein ständig oder zeitweilig voll oder teilweise umlaufender azimutaler Suchstrahl gesendet oder empfangen werden kann, gekennzeichnet durch einen ortsfesten horizontalen Reflektor in Ringform mit geeignet gekrümmter Abstrahlfläche, deren Krümmungsverlauf und deren Anordnung im Verhältnis zur vertikalen Achse des Reflektorringes durch die gewünschte Abstrahlbreite und -richtung bestimmt ist, und durch einen oder mehrere im Brennpunkt der Abstrahlfläche oder in dessen Umgebung angeordnete, in ihrer azimutalen Strahlrichtung veränderbare Richtstrahler bzw. -empfänger.

Das Prinzip für den einfachsten Fall wird durch Fig. ι erläutert, welche einen Schnitt senkrecht zur Erdoberfläche darstellt. Der starre und unbewegliche Reflektorring R-R' befindet sich in Bodennähe.

Der als Richtstrahler ausgebildete Primärstrahler P ist an der Spitze eines Gestells oder Bauwerks oberhalb des Ringmittelpunktes beweglich angeordnet Entsprechend seiner azimutalen Richtung leuchtet er ein bestimmtes Stück der Ringfläche aus, an welcher die Strahlung reflektiert und unter einem gewünschten Winkel δ in den Raum geworfen wird Der Ring ist so gekrümmt, daß die von P ausgehende, ihrer Natur nach divergente Strahlung ίο nach der Reflexion in eine möglichst parallele verwandelt wird.

Im Beispiel der Fig. 2 ist der Ring durch die Rotation eines Parabelstückes um eine Achse S entstanden, die durch den Brennpunkt geht. Die Schnittkurve des Ringes mit einer vertikalen, die Ringachse enthaltenden Ebene wird daher in der Figur durch die mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten Stücke zweier Parabeln R und R' gebildet, deren gemeinsamer Brennpunkt sich in P befindet und die in bezug auf die Ringachse JT symmetrisch sind. Der Abstrahlwinkel δ ist dabei der Winkel zwischen der auf der Symmetrieachse senkrechten Horizontalen H und der Parabelachse A bzw. A'. In dieser Anordnung wird auch bei sehr divergenter Primärstrahlung eine vollständige Bündelung in der Höhenkomponente der Raumstrahlung erreicht, während die azimutale Bündelung bei der Reflexion verbessert wird.

Die Fig. 3 gibt ein Beispiel dafür, wie die Höhenabstrahlung um den Wert ε gegen die durch die Ringform gegebene, in den Figuren mit δ bezeichnete Grundabstrahlrichtung geändert werden kann. Hierzu wird der Primärstrahler P aus dem Ringbrennpunkt F₁ in welchem er sich in den Fig. 1 und 2 befand, herausbewegt. Zur Erhaltung der guten Bündelungseigenschaften des Ringes, von dem in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nur die rechte Hälfte dargestellt ist, muß P auf einer durch die räumliche Anordnung gegebenen, gekrümmten Kurve bewegt werden. Mit s als Parameter schneidet diese Kurve K den Brennpunkt P für den Wert ε = ο.

In der Fig. 4 wird gezeigt, wie der gleiche Ring

R-R' als Reflektor von mehreren, z. B. η verschiedenen Primärstrahlern P_n {%= 1, 2, 3 ...) angestrahlt werden kann. Die Zeichnung gibt den Fall # = 2 wieder, wobei der einfacheren Darstellung wegen die beiden Primärstrahler P₁ und P₂ so angeordnet sind, daß ihre Hauptabstrahlrichtungen azimutal um i8o° gegeneinander versetzt sind; doch ist selbstverständlich auch jeder andere Winkelabstand möglich. Da die Primärstrahler nach verschiedenen azimutalen Richtungen strahlen, können sie in der Nähe der Ringachse im gleichen oder, wie in der Fig. 4, in verschiedenen Punkten angebracht sein.

Dementsprechend ergeben sich gleiche (δ + ε) oder etwas verschiedene (ß + ε_ν δ + ε₂... <5 + ε_π) Höhenstrahlrichtungen. Auf diese Weise kann das mit Energie zu versorgende bzw. das der Beobachtung zugängliche Raumgebiet vergrößert werden.

Der Reflektor kann auch aus mehreren, konzentrisch ineinanderliegenden Ringen i?_ri?,' (i—1, .. .n) bestehen, die entweder alle in gleicher oder aber in etwas verschiedener Höhe angeordnet sind und entweder einen gemeinsamen oder verschiedene Brennpunkte besitzen können, und verschiedene Grundabstrahlrichtungen ό/ aufweisen. Die Primärstrahler P_t können dabei in der Nähe der Brennpunkte der zugehörigen Ringe angeordnet werden. In Fig. 5 ist ein Beispiel für den Fall i = 3 skizziert. Die Primärstrahler P₁, P₂ und P₃ befinden sich in den Brennpunkten der zugeordneten Ringe R₁-R₁', R₂-R₂ bzw. R₃-R₃', welche die Strahlung unter den Winkeln δ_ν δ₂ und <5₃ in den Raum werfen, wobei δ₁'^>δ₂^>δ₃ ist. Man erkennt, daß dadurch das erfaßbare Raumgebiet noch weiter vergrößert wird und bis fast zur Halbkugel ausgeweitet werden kann. Das ist naturgemäß besonders wichtig für Antennen, die ein großes Raumgebiet überwachen und beobachten sollen.

Mit wachsendem δ verbessert sich die Fähigkeit des Ringes, die Strahlung auch in azimutaler Richtung zu bündeln. Damit werden mit zunehmendem δ der bzw. die Primärstrahler immer kleiner und leichter. Im Grenzfall fast vertikaler Strahlung wird aus dem Ring ein Umdrehungsparaboloid, wobei der Primärstrahler zur Ausleuchtung desselben kaum noch einer Eigenbündelung bedarf.

Charakteristisch für alle Antennenbauformen, die sowohl für Sender- als auch für Empfängerzwecke gebraucht werden können, ist ein ruhender Reflektor und ein oder mehrere bewegliche Erreger, durch deren Bewegung die gewünschten Strahlschwenkungen hervorgerufen werden. Nun ist aber ein Erreger sehr viel leichter und daher auch besser und schneller zu bewegen als eine vollständige Antenne üblicher Bauart. Eine Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit, die dadurch ohne weiteres möglich wird, bedeutet aber Verbesserung der Auflösung und damit z. B. bei Radargeräten der Zielerkennbarkeit. Da der Reflektor nicht bewegt zu werden braucht, kann er größere Dimensionen annehmen, was wiederum zu größeren Reichweiten führt. Somit bedeutet die Erfindung eine wesentliche Verbesserung der herkömmlichen Geräte.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Antenne für Radioteleskope und Radargeräte, mit welcher sowohl stehende azimutale Richtstrahlen als auch ein ständig oder zeitweilig voll oder teilweise umlaufender azimutaler Suchstrahl gesendet oder empfangen werden kann, gekennzeichnet durch einen ortsfesten horizontalen Reflektor in Ringform mit geeignet gekrümmter Abstrahlfläche, deren Krümmungsverlauf und deren Anordnung im Verhältnis zur vertikalen Achse des Reflektorringes durch die gewünschte Abstrahlbreite und richtung bestimmt ist, und durch einen oder mehrere im Brennpunkt der Abstrahlfläche oder in dessen Umgebung angeordnete, in ihrer azimutalen Strahlrichtung veränderbare Richtstrahler bzw. -empfänger.
2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt der Abstralilfläche auf der vertikalen Ringachse liegt und

   daß die Schnittkurve des Reflektors mit einer die Ringachse enthaltenden Ebene durch Teile zweier Parabeln gebildet wird, deren gemeinsamer Brennpunkt sich auf der Ringachse befindet.
3. 3. Antenne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Richtstrahler oder -empfänger höhenverstellbar ist bzw. sind.
4. 4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtstrahler oder -empfänger bzw. die Richtstrahler oder -empfänger kontinuierlich oder diskontinuierlich um die Ringachse umläuft bzw. umlaufen.
5. 5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus mehreren konzentrischen Reflektorringen besteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 709 705/5 10.