EP0034809B1

EP0034809B1 - Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule

Info

Publication number: EP0034809B1
Application number: EP81101185A
Authority: EP
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. Härtinger; Wolfgang Dipl.-Ing. Rebhan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-02-26
Filing date: 1981-02-19
Publication date: 1983-12-28
Also published as: EP0034809A1; DE3161725D1; DK84881A; DE3007128A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule, bestehend aus einem Reflektor mit ovaler Apertur und einem Erreger, der aus einem nicht drehsymmetrisch ausgebildeten Hohlleiter besteht, an dessen Innenwandung ein über die Hohlleiteröffnung hinausragender dielektrischer Einsatz angebracht ist und der somit eine Strahlung abgibt, die vorwiegend von einer nicht drehsymmetrisch um die Erregerlängsachse verlaufenden Ringzone ausgeht.
Derartige Richtantennen werden beispielsweise in einem geostationären Satelliten eingesetzt, von dem aus ein Gebiet oder mehrere verschiedene Gebiete auf der Erde ausgeleuchtet werden sollen. Bekannt sind solche Antennen aus DE-A-24 16 718. Hierbei ist die Antenne mit einem Parabolreflektor ausgerüstet und weist einen Erreger auf, bei dem die Abstrahlung vorwiegend in einer ringförmigen Zone seiner Apertur erfolgt. In der genannten DE-A sind insbesondere spezielle Erregerausführungen angegeben, die sich für Rotationsparaboloidantennen mit einem drehsymmetrischen Sektordiagramm eignen.
Tritt jedoch das Problem auf, die Strahlungskeule der Richtantenne unter Verwendung eines Reflektors mit ovaler Apertur und eines nicht drehsymmetrisch ausgebildeten Hohlleiter-Erregers möglichst gut einer dem auszuleuchtenden Gebiet umschriebenen Ellipse unter Berücksichtigung möglichst hoher Strahlungsdichte innerhalb des Gebietes und geringer Überstrahlung in Richtung benachbarter Gebiete anzupassen, dann ergeben sich bei dem Versuch, die in der vorher genannten DE-A erwähnten Erregerausführungen durch Transformation auf einen elliptischen Strahlungsquerschnitt an die neue Aufgabenstellung anzupassen, erhebliche Schwierigkeiten. Insbesondere ist die Optimierung solcher Erreger deswegen erschwert, weil keine im Experiment auf einfache Weise variierbaren Parameter vorhanden sind, mit denen die Strahlungseigenschaften im Detail kontrollierbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mikrowellen-Richtantenne der eingungs genannten Art anzugeben, die eine im Querschnitt ovale Strahlungskeule hoher Bündelung mit Sektorformung in allen Längsschnitten erzeugt und deren Erreger auf technologisch einfache Weise realisiert und optimiert werden kann. Eine angenähert ovale Keule könnte unter Umständen durch die Anordnung mehrerer Einzelerreger vor einem Reflektor erreicht werden, Diese Möglichkeit ist jedoch ziemlich aufwendig. Es ist nämlich ein Speisenetzwerk für die Erreger nötig, um diese phasen- und amplitudenrichtig zu beaufschlagen.
Gemäß der Erfindung wird die vorher angegebene Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hohlleiter eine rechteckige Querschnittsform aufweist, und daß der dielektrische Einsatz darin besteht, daß an jeder der vier Hohlleiterinnenwandungen ein dielektrisches Plättchen angebracht ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren erläutert.
Es zeigen

Fig. 1 eine Schematische Seitenansicht und Draufsicht einer prinzipiell aus DE-A-24 16 718 bekannten Richtantenne mit den beiden Hauptschnitten des von dieser Antenne erzeugten Strahlungsdiagramms und der von dieser Antenne erzeugten Aperturbelegung,
Fig. 2 und 3 eine Ausführungsform des Erregers für eine Richtantenne nach der Erfindung in einer Ansicht von vorne bzw. von der Seite.
Fig. 1 zeigt links in einer schematischen Schnittansicht eine prinzipiell aus der DE-OS 24 16 718 bekannte Mikrowellen-Richtantenne, welche aus einem Erreger 1 und einem Reflektor besteht. Rechts davon ist in einer Draufsicht auf diese Antenne zu erkennen, daß die Aperturform des Reflektors 2 oval ist, wobei die Höhenausdehnung D₂ (y-Dimension) kleiner ist als die Breitenausdehnung D₁ (x-Dimension). Der als rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler ausgebildete Erreger 1 gibt eine Strahlung ab, die vorwiegend von einer rund um die Erregerlängsachse z liegenden Ringzone 3 ausgeht. Der Erreger 1 ist dabei so ausgeführt, daß diese Ringzone 3 eine im wesentlichen ovale Form aufweist, wobei die Lage dieser ovalen Erregerringzone 3 in Bezug zur ovalen Apertur des Reflektors 2 so ist, daß die jeweils längeren Achsen der beiden Ovale zueinander um 90° verdreht sind, d.h. die längere Achse des Erregerringzonenovals liegt in der y,z-Ebene und die längere Achse des Reflektoraperturovals in der x,z-Ebene. Das erwünschte Strahlungsdiagramm, welches im Querschnitt eine ovale Form hoher Bündelung und in allen' Längsschnitten eine Sektorformung aufweist, setzt eine in Amplitude und Phase in radialer Richtung nach speziellen Funktionen stark schwankende Belegung voraus. Fig. 1 zeigt rechts neben und unter der Reflektorkonfiguration die Hauptschnitte 4 und 5 des Strahlungsdiagramms bzw. die Hauptschnitte 6 und 7 der Belegung. Zur Erzeugung dieser Belegung weist das Primär^feld ein oval verlaufendes Minimum 8 auf, welches innerhalb der Reflektorapertur gestrichelt dargestellt ist. Die Hauptschnitte 4 und 6 des Strahlungsdiagramms bzw. der Belegung ergeben sich bie einem Winkel (_P=90" und bei minimaler Reflektorausdehnung r. Die anderen beiden Hauptschnitte 5 und 7 des Strahlungsdiagramms bzw. der Belegung ergeben sich dagegen bei einem Winkel p=0° und bei maximaler Reflektorausdehnung r.

Eine Belegung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, läßt sich bei Reflektoren mit ovaler Aperturberandung durch den Einsatz rohrähnlicher dielektrischer Längsstrahler als Erreger erzeugen. Die Abstrahlung erfolgt dabei nicht wie bei üblichen Erreger vorwiegend von der Erregerachse aus, sondern geht von der nicht drehsymmetrisch und zwar oval um die Erregerachse z liegende Zone 3 aus.
Eine technologisch relativ leicht realisierbare Version eines Erregers für die Richtantenne nach der Erfindung zeigen in einer Ansicht von vorne und in einer Seitendarstellung die Fig. 2 und 3. Der nichtdrehsymmetrisch ausgebildete Erreger besteht hierbei aus einem Rechteckhohlleiter 9, in dessen Wandungsbereich beispielsweise aus Stenan bestehende dielektrische Plättchen 10, 11, 12 und 13 angebracht sind, die unterschiedlich weit über die Aperturöffnung 14 des Rechteckhohlleiters 9 hinausragen können und durch eine elektrisch weitgehend neutrale Halterung geführt und fixiert sind. Die beiden dielektrischen Plättchen 10 und 11 an den Schmalseiten des Rechteckhohlleiters 9 ragen gleich weit, jedoch im Vergleich zu den beiden anderen dielektrischen Plättchen 12 und 13 unterschiedlich weit aus der Hohlleiteröffnung 14 heraus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ragen die Plättchen 10 und 11 weiter als die beiden anderen Plättchen 12 und 13 aus der Hohlleiteröffnung 14 heraus. Die elektrisch weitgehend neutralen Halterungen für die dielektrischen Plättchen 10 bis 13 sind als in den Querschnittsecken des Rechteckhohlleiters 9 verlaufende Führungsschienen 15 bis 18 ausgebildet, welche beispielsweise aus Polystyrol bestehen. Die Plättchen 10 bis 13 sind an ihren inneren Abschlüssen mit Abschrägungen 19 versehen.
Die vom in den Figuren 2 und 3 dargestellten Erreger abgestrahlte Energie konzentriert sich vor allem in der Umgebung der Plättchen 10 bis 13. Damit auch die schmäleren, in der feldarmen Hohlleiterzone liegenden Plättchen 10 und 11 ausreichend angeregt werden, sind sie etwas von der Innenwandung des Hohlleiters 9 abgerückt. Durch geeignete Wahl des Hohlleiterquerschnitts, der Dielektrizitätskonstanten sowie der individuell unterschiedlichen Dicke und Breite der Plättchen 10 bis 13 aus auch der Überstehlänge der Plättchen 10 bis 13 über die Hohlleiteröffnung 14 kann das Strahlungsdiagramm in den beiden Polarisationshauptebenen in der gewünschten Weise beeinflußt werden. Der Erreger leuchtet dabei nicht nur mit der Hauptkeule seiner Strahlungscharakteristik, sonderen auch mit den Nebenzipfeln den oval ausgebildeten Reflektor aus.
In etwas vereinfachter Betrachtungsweise läßt sich die Wirkung auch so erklären, daß man die vier Plättchen 10 bis 13 als aus dem Brennpunkt der Antenne seitlich versetzte Einzelstrahler auffaßt, denen vier, in den Hauptebenen ausgelenkte Strahlungskeulen entsprechen. Die Überlagerung der Strahlungskeulen ergibt das gewünschte sektorförmige Diagramm. Dieses Diagramm ist in der H-Ebene breiter, weil hier wegen des größeren Plättchenabstandes auch die ausgelenkten Keulen weiter auseinander liegen. Dadurch kommt der gewünschte ovale Strahlquerschnitt zustande. Die Struktur der Einzelkeulen tritt im resultierenden Strahlquerschnitt wegen der starken Überlappung und wegen des ovalen Querschnitts der Einzelkeulen kaum mehr in Erscheinung. Dies und die wesentlich einfachere Speisung kennzeichnen den Hauptvorteil gegenüber einer separat gespeisten Strahlergruppe.
Eine noch bessere Annäherung an das gewünschte Sektordiagramm ergibt sich, wenn die Aperturbelegung in der Reflektorapertur mehr Schwankungen aufweist, als dies in den Kurven 6 und 7 von Fig. 1 dargestellt ist. Der Reflektor muß dazu entsprechend vergrößert werden. Solche Belegungen lassen sich mit Erregern erzeugen, bei denen die Abstrahlung von mehreren, konzentrisch zueinander liegenden Ringzonen aus erfolgt. Die Ringzonen können dadurch realisiert werden, daß anstelle der beispielsweise in den Fig. 2 und 3 dargestellten Erregerausführung eine entsprechend konzentrische Anordnung des dielektrischen Strahlers vorgesehen ist.
Die in der Apertur erwünschte Phasenverteilung läßt sich durch geeignete Anpassung der Reflektorkontur an das gemessene Phasendiagramm des Erregers realisieren. Sie hat einen treppenähnlichen Verlauf und ergibt sich meist schon angenähert aus dem Erregerdiagramm.

Claims

1. Mikrowellen-Richtantenne zur Erzeugung einer sektorgeformten Strahlungskeule, bestehend aus einem Reflektor mit ovaler Apertur und einem Erreger, der aus einem nicht drehsymmetrisch ausgebildeten Hohlleiter (9) besteht, an dessen Innenwandung ein über die Hohlleiteröffnung hinausragender dielektrischer Einsatz (10 bis 13) angebracht ist, und der somit eine Strahlung abgibt, die vorwiegend von einer nicht drehsymmetrisch um die Erregerlängsachse verlaufenden Ringzone ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (9) eine rechteckige Querschnittsform aufweist, und daß der dielektrische Einsatz darin besteht, daß an jeder der vier Hohlleiterinnenwandungen ein dielektrisches Plättchen (10 bis 13) angebracht ist.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an den Schmalseiten des Rechteckhohlleiters (9) angebrachten dielektrischen Plättchen (10, 11) gleich weit und im Vergleich zu den beiden anderen dielektrischen Plättchen (12, 13) unterschiedlich weit aus der Hohlleiteröffnung (14) herausragen.

3. Richtantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an den Schmalseiten des Rechteckhohlleiters (9) angebrachten dielektrischen Plättchen (10, 11) weiter aus der Hohlleiteröffnung (14) herausragen als die beiden anderen dielektrischen Plättchen (12, 13).

4. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Plättchen (10 bis 13) durch elektrisch weitgehend neutrale Halterungen (15 bis 18) im Hohlleiter (9) geführt und fixiert sind.

5. Richtantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch weitgehend neutralen Halterungen für die dielektrischen Plättchen (10 bis 13) als in den Querschnittsecken des Rechteckhohlleiters (9) verlaufende Führungsschienen (15) bis 18), beispielsweise aus Polystyrol, aus gebildet sind.

6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Schmalseiten des Rechteckhohlleiters (9) liegenden dielektrischen Plättchen (10, 11) etwas von der Hohlleiterinnenwandung abgerückt angebracht sind.

7. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Schmalseiten des Rechteckhohlleiters (9) liegenden dielektrischen Plättchen (10, 11) dicker als die beiden anderen Plättchen (12, 13) sind.

8. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in konzentrischer Weise mehrere derartige Erreger vorgesehen sind.