EP0170726A1 - Zweireflektor-Richtantenne - Google Patents

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EP0170726A1
EP0170726A1 EP84115744A EP84115744A EP0170726A1 EP 0170726 A1 EP0170726 A1 EP 0170726A1 EP 84115744 A EP84115744 A EP 84115744A EP 84115744 A EP84115744 A EP 84115744A EP 0170726 A1 EP0170726 A1 EP 0170726A1
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EP
European Patent Office
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directional antenna
foam body
antenna according
reflector
antenna
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Ceased
Application number
EP84115744A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Dipl.-Ing. Tauschek
Karl-Peter Ing. Gessner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/19—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces comprising one main concave reflecting surface associated with an auxiliary reflecting surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/40—Radiating elements coated with or embedded in protective material

Definitions

  • the invention relates to an externally closed two-directional directional antenna (Cassegrain antenna, Gregory antenna) with a main reflector having the shape of a paraboloid of revolution, a catch reflector and an exciter horn antenna that is passed through a central opening of the main reflector.
  • an externally closed two-directional directional antenna (Cassegrain antenna, Gregory antenna) with a main reflector having the shape of a paraboloid of revolution, a catch reflector and an exciter horn antenna that is passed through a central opening of the main reflector.
  • Parabolic mirror antennas are increasingly being used for directional radio connections in the frequency bands P, K, R, in which small mirror diameters of 0.4 m to 1.2 m are usually sufficient.
  • the introduction of TV satellites brings a need for X-band mirror antennas with a mirror diameter of 0.9 - 1.2 m.
  • Most applications of such mirror antennas require either dual linear polarization or e.g. in the TV application left / right circular polarization with good electrical specification values.
  • Microwave antennas with so-called high performance behavior usually consist of three main units in their mechanical design.
  • the first unit is the main reflector, which is a section of a paraboloid of revolution and can be corrected in some cases.
  • the second unit is the excitation unit, which can be integrated with an auxiliary mirror.
  • the third main unit consists of a radome with an absorber collar, screens, supports for the exciter, compressed air seal, etc. These three Main units have to be assembled to each other in a complex manner using precise mechanical designs.
  • special protective measures are required, since such directional antennas usually have to be designed for all-weather use on towers.
  • the object of the invention is to show a new technology for the construction of relatively small two-directional directional antennas with high performance behavior, which guarantees high precision at relatively low manufacturing costs, which are easy to maintain, particularly in the TV application, even in large series can.
  • this object is achieved in that the metallic reflector surfaces on a surrounded by a compacted skin and its outer shape to the contour of the main reflector and the contour of the catch reflector are matched plastic foam body which has a shape in the region of the central opening of the main reflector for receiving the exciter horn.
  • the foam body is made of polyurethane, for example. Rigid foam. Such a body can be produced in a preferably selectively heatable form by the integral foam process.
  • the reflector surfaces can be metallized using a suitable process and fixed using protective layers.
  • the exciter horn radiator which can also be designed as an open circular waveguide, can be screwed into a molded holder.
  • the exciter horn radiator with its flange can also be removed by metallization form the speaking structure of the foam body.
  • preformed metal surfaces are also possible as inserts for the implementation of the two reflectors.
  • the plastic foam body advantageously has no densified skin in the area of the aperture of the exciter horn.
  • the directional antenna according to the invention forms a very stable unit.
  • the manufacturing process provides an exact assignment of the reflector excitation system that corresponds to the quality of the shape.
  • the figure shows in a sectional side view a section of a two-reflector directional antenna which is constructed according to the Cassegrain principle.
  • This antenna consists of a foam body 4, for example made of rigid polyurethane foam, which is enclosed by a compressed skin 3, which has the contour of a parabolic reflector cutout for attaching a correspondingly shaped main reflector 1 and the contour of a catch reflector 2 and forms additional functional units.
  • the foam body 4 can be produced by the integral foam process in a preferably selectively heatable form.
  • the reflector surfaces 1 and 2 are formed by a metallization layer and are fixed by protective layers.
  • An exciter horn 7 is inserted into a shape 6, which is designed as a holder, with which the exciter horn 7, which has a screw flange 9, is screwed as an insert.
  • the shape 6 for receiving the exciter horn 7 lies in the area of a central opening 5 of the main reflector 1.
  • the plastic foam body 4 has no compacted skin.
  • areas 10 of the foam body 4 are designed pyramid-shaped and also by metallization in the figure Aperture-like structures 11 shown in broken lines are provided, so that a targeted improvement in the secondary and retroreflective behavior of the antenna can be achieved.
  • reinforcements 14 for the assembly and in the extension of the molding 6 to the rear are foamed housing parts 15, which can serve as a space for accommodating a polarization switch, electronic assemblies and assembly parts.
  • the skin 3 in the exemplary embodiment consists of an approximately 0.5-1 mm thick non-porous layer which, in a region of approximately 7 mm, merges into the foam of uniform density of approximately 40 kg / m 3 .
  • Reinforcements for mast assembly or the like can be provided by inserting parts into the foaming device.
  • the antenna according to the invention forms a dense unit, which is broken only on its rear side by a feed waveguide 17 and possibly on the front side by a balancing device which acts in the apex of the catch reflector 2.
  • the space between the main reflector 1, the subreflector 2 and the excitation horn antenna 7 filled with air in the exemplary embodiment of the invention has a tg ⁇ of approximately 0.0001 to 0.001 with a dielectric constant ⁇ r of 1.04 due to the foam to 1.25.
  • values of ⁇ 1.04 and tg ⁇ ⁇ 0.0001 apply.
  • the medium of the foam body 4 steadily condenses to the skin 3. Any changes in the amplitudes / phase conditions compared to an imaginary directional antenna filled with air can be compensated for by corrections to the main reflector 1 or the catch reflector 2.
  • the actual losses in the foam and on the skin areas of the aperture surface 12 and the reflectors 1 and 2 can be exactly determined after a model measurement in the corresponding frequency band. Area efficiency of the antennas of around 50% can be expected. The space between the subreflector 2 and the exciter horn 7 is not disturbed by any discontinuities, so that very good cross-polarization and secondary radiation behavior can be achieved. This is a great advantage of the directional antenna constructed according to the invention.
  • the aperture surface 12, which consists of a skin 3 which is preferably somewhat thinner ( ⁇ 0.5 mm), can be designed by inclination 16 and possibly by spatial structures such as knobs 13 in such a way that no disturbing reflection at the feed point of the antenna is brought about by this.

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Die Reflektorflächen (1, 2) der Zweireflektor-Richtantenne (Cassegrain-Antenne, Gregory-Antenne) sind nach der Erfindung auf einem von einer verdichteten Haut (3) umschlossenen und hinsichtlich seiner Außenform an die Konturen der beiden Reflektoren (Hauptreflektor mitzentraler Öffnung, Fangreflektor) angepaßten Kunststoffschaumkörper (4) aufgebracht, der im Bereich der zentralen Öffnung (5) des Hauptreflektors (1) eine Ausformung zur Aufnahme eines Erregerhornstrahlers (7) aufweist. Die nach außen geschlossene, durch ihre Schalenstruktur sehr stabile und durch ein Integraischaumverfahren herstellbare Antenne nach der Erfindung ist zum Einsatz als Richtfunkantenne, TV-Antenne oder Radarantenne geeignet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine nach außen geschlossene Zweireflektor-Richtantenne (Cassegrain-Antenne, Gregory-Antenne) mit einem die Form eines Rotationsparaboloidausschnitts aufweisenden Hauptreflektor, einem Fangreflektor und einem durch eine zentrale Öffnung des Hauptreflektors durchgeführten Erregerhornstrahler.
  • In zunehmendem Maße werden Parabolspiegelantennen für Richtfunkverbindungen in den Frequenzbändern P, K, R eingesetzt, in denen kleine Spiegeldurchmesser von 0,4 m bis 1,2 m zumeist ausreichen. Daneben bringt die Einführung von TV-Satelliten einen Bedarf von X-Band-Spiegelantennen mit einem Spiegeldurchmesser von 0,9 - 1,2 m. Die meisten Anwendungen derartiger Spiegelantennen erfordern entweder dual lineare Polarisation oder z.B. bei der TV-Anwendung links/rechts zirkulare Polarisation bei guten elektrischen Spezifikationswerten.
  • Richtfunkspiegelantennen mit sogenanntem High Performance-Verhalten bestehen in üblicher Weise in ihrem mechanischen Aufbau aus drei Haupteinheiten. Die erste Einheit ist der Hauptreflektor, welcher ein Ausschnitt aus einem Rotationsparaboloid ist und in einigen Fällen korrigiert sein kann. Die zweite Einheit bildet die Erregereinheit, die mit einem Hilfsspiegel integriert sein kann. Die dritte Haupteinheit besteht aus einem Radom mit Absorberkragen, Blenden, Stützen für den Erreger, Druckluftdichtung usw. Diese drei Haupteinheiten müssen in aufwendiger Weise durch präzise mechanische Konstruktionen exakt zueinander montiert werden. Außerdem sind besondere Schutzmaßnahmen erforderlich, da solche Richtantennen gewöhnlich für den Allwettereinsatz auf Türmen ausgelegt werden müssen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, für den Aufbau verhältnismäßig kleiner Zweispiegel-Richtantennen mit High Performance-Verhalten eine neue Technik aufzuzeigen, die bei relativ geringen Herstellungskosten eine hohe Präzision verbürgt, die insbesondere bei der TV-Anwendung, auch bei großen Serien, einfach eingehalten werden kann.
  • Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Zweireflektor-Richtantenne (Cassegrain-Antenne, Gregory-Antenne) der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die metallischen Reflektorflächen auf einem von einer verdichteten Haut umschlossenen und hinsichtlich seiner Außenform an die Kontur des Hauptreflektors und die Kontur des Fangreflektors angepaßten Kunststoffschaumkörper aufgebracht sind, der im Bereich der zentralen Öffnung des Hauptreflektors eine Ausformung zur Aufnahme des Erregerhornstrahlers aufweist.
  • Der Schaumkörper besteht beispielsweise aus Polyurethan- . Hartschaum. Ein solcher Körper ist nach dem Integralschaumverfahren in einer vorzugsweise selektiv beheizbaren Form herstellbar.
  • Die Reflektorflächen lassen sich durch ein geeignetes Verfahren metallisieren und durch Schutzschichten fixieren.
  • Der Erregerhornstrahler, der auch als offener Rundhohlleiter ausgebildet sein kann, läßt sich in eine mitgeformte Halterung einschrauben..Der Erregerhornstrahler mit seinem Flansch läßt sich auch durch Metallisierung einer entsprechenden Struktur des Schaumkörpers bilden. Es sind allerdings auch vorgeformte Metallflächen als Einlegeteile für die Realisierung der beiden Reflektoren möglich.
  • Der Kunststoffschaumkörper weist im Bereich der Apertur des Erregerhornstrahlers in vorteilhafter Weise keine verdichtete Haut auf.
  • Die Richtantenne nach der Erfindung bildet durch ihre Schalenstruktur eine sehr stabile Einheit. Der Herstellungsprozess liefert eine der Güte der Form entsprechende exakte Zuordnung des Reflektor-Erregersystems.
  • Es ist ohne Schwierigkeiten möglich, an allen Stellen im Volumen der Richtantenne nach der Erfindung elektrisch wirksame Teile exakt und geschützt zu positionieren, um die Eigenschaften der Antenne, z.B. deren Nebenstrahlungsverhalten, zu verbessern. Durch Ausformung, Verdichtung es Materials, Beschichtung mit verlustreichem Material, Metallisierung oder dergleichen an beliebigen Stellen des Schaumkörpers lassen sich derartige elektrisch wirksame Teile so positionieren, daß sich eine gezielt gewünschte Verbesserung des Strahlungsverhaltens der Antenne ergibt. Gestaltet man Bereiche des Schaumkörpers pyramidenförmig, z.B. am Rande der Antenne, und beschichtet mit verlustreichem Material oder metallisiert blendenartige Gebilde, formt Abweichungen von der kreisförmigen Apertur usw., so ist eine gezielte Verminderung der Neben- und Rückstrahlung der Richtantenne erreichbar. Alle diese Maßnahmen sind bei wesentlich geringerem Aufwand im Vergleich zu dem bekannten Verfahren bei der Metallbearbeitung durch das Schäumen in einer entsprechenden Form exakt reproduzierbar. Insbesondere lassen sich auch an Stellen im dreidimensionalen Raumvolumen des Hauptreflektors wettergeschützt "quasi frei" hängende und sonst durch störende Stützen zu haltende Teile anbringen, die z.B. nach Entfernen von für den Schäumungsvorgang montierten Hilfsstreben im Schaumkörper störungsarm fixiert sind. Beispielsweise können solche "quasi frei" hängenden Teile Drähte oder Metallstäbe für ein polarisierendes Gitter im Bereich der Antennenapertur sein.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Die Figur zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht einen Ausschnitt einer Zweireflektor-Richtantenne, die nach dem Cassegrain-Prinzip aufgebaut ist. Diese Antenne besteht aus einem Schaumkörper 4, beispielsweise aus Polyurethan-Hartschaum, der von einer verdichteten Haut 3 umschlossen ist, welche die Kontur eines Parabolreflektorausschnitts zur Anbringung eines entspechend geformten Hauptreflektors 1 und die Kontur eines Fangreflektors 2 aufweist und zusätzliche Funktionseinheiten bildet. Der Schaumkörper 4 läßt sich nach dem Integralschaumverfahren in einer vorzugsweise selektiv beheizbaren Form herstellen. Die Reflektorflächen 1 und 2 sind im Ausführungsbeispiel durch eine Metallisierungsschicht gebildet und werden durch Schutzschichten fixiert. Ein Erregerhornstrahler 7 ist in eine'Ausformung 6 eingeführt, welche als Halterung ausgebildet ist, mit welcher der einen Schraubflansch 9 aufweisende Erregerhornstrahler 7 als Einlegeteil verschraubt ist. Die Ausformung 6 zur Aufnahme des Erregerhornstrahlers 7 liegt im Bereich einer zentralen Öffnung 5 des Hauptreflektors 1. Im Bereich der Apertur 8 des Erregerhornstrahlers 7 weist der Kunststoffschaumkörper 4 keine verdichtete Haut auf. Am Rand der Antenne sind Bereiche 10 des Schaumkörpers 4 pyramidenförmig gestaltet und außerdem durch Metallisierung in der Figur gestrichelt dargestellte blendenartige Gebilde 11 vorgesehen, so daß eine gezielte Verbesserung des Neben- und Rückstrahlungsverhaltens der Antenne erreichbar wird. An der Rückseite des Kunststoffschaumkörpers 4 sind Verstärkungen 14 für die Montage und in Verlängerung der Ausformung 6 nach hinten Gehäuseteile 15 angeschäumt, welche als Raum zur Aufnahme einer Polarisationsweiche, von Elektronikbaugruppen und Montageteilen dienen können.
  • Für einen Hauptreflektor 1 mit einem f/D-Verhältnis von 0,25 (f = Brennweite, D= Hauptreflektordurchmesser) sind in der nachfolgenden Tabelle Werte zusammengestellt:
  • Figure imgb0001
    Je nach Herstellungsbedingungen besteht die Haut 3 im Ausführungsbeispiel aus einer etwa 0,5 - 1 mm starken porenfreien Schicht, die in einem Bereich von etwa 7 mm in den Schaum gleichmäßiger Dichte von etwa 40 kg/m3 übergeht. Verstärkungen für die Mastmontage oder dergl. lassen sich durch Einlegeteile in die Schäumvorrichtung vorsehen. Insgesamt bildet die Antenne nach der Erfindung eine dichte Einheit, die nur an ihrer Rückseite von einem Speisehohlleiter 17 und möglicherweise an der Frontseite durch eine Abgleichvorrichtung, die im Scheitel des Fangreflektors 2 wirkt, durchbrochen wird.
  • Der bei den bekannten Cassegrain-Antennen mit Luft gefüllte Raum zwischen dem Hauptreflektor 1, dem Subreflektor 2 und dem Erregerhornstrahler 7 hat im Ausführungsbeispiel der Erfindung durch den Schaum ein tg δ von etwa 0,0001 bis 0,001 bei einer Dielektrizitätskonstante εr von 1,04 bis 1,25. Für den Großteil des Raumes 4 gelten Werte von ≈ 1,04 und tg δ ≈ 0,0001. Vor den metallischen Reflektorflächen 1 und 2 verdichtet sich das Medium des Schaumkörpers 4 stetig zur Haut 3. Eventuelle Änderungen der Amplituden/Phasenbedingungen im Vergleich zu einer gedachten, mit Luft gefüllten Richtantenne sind durch Korrekturen am Hauptreflektor 1 oder am Fangreflektor 2 kompensierbar. Die tatsächlichen Verluste im Schaum und an den Hautbezirken der Aperturfläche 12 und der Reflektoren 1 und 2 sind nach einer Modellmessung im entsprechenden Frequenzband exakt bestimmbar. Es ist mit Flächenwirkungsgraden der Antennen von etwa 50 % zu rechnen. Der Raum zwischen dem Subreflektor 2 und dem Erregerhornstrahler 7 wird durch keine Diskontinuitäten gestört, so daß ein sehr gutes Kreuzpolarisations- und Nebenstrahlungsverhalten erreichbar ist. Dies ist ein großer Vorteil der gemäß der Erfindung aufgebauten Richtantenne. Die Aperturfläche.12, die aus einer vorzugsweise etwas dünner geformten Haut 3 besteht ( < 0,5 mm), kann durch Neigung 16 und evtl. durch räumliche Strukturen, wie Noppen 13, so gestaltet werden, daß keine störende Reflexion am Speisepunkt der Antenne dadurch bewirkt wird.

Claims (17)

1. Nach außen geschlossene Zweireflektor-Richtantenne (Cassegrain-Antenne, Gregory-Antenne) mit einem die Form eines Rotationsparaboloidausschnitts aufweisenden Hauptreflektor, einem Fangreflektor und einem durch eine zentrale Öffnung des Hauptreflektors durchgeführten Erregerhornstrahler,
dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Reflektorflächen (1,2) auf einem von einer verdichteten Haut (3) umschlossenen und hinsichtlich seiner Außenform an die Kontur des Hauptreflektors (1) und die Kontur des Fangreflektors (2) angepaßten Kunststoffschaumkörper (4) aufgebracht sind, der im Bereich der zentralen Öffnung (5) des Hauptreflektors (1) eine Ausformung (6) zur Aufnahme des Erregerhornstrahlers (7) aufweist.
2. Richtantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffschaumkörper (4) im Bereich der Apertur (8) des Erregerhornstrahlers (7) keine verdichtete Haut aufweist.
3. Richtantenne nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorflächen (1,2) durch eine Metallisierungsschicht gebildet sind.
4. Richtantenne nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß auf den Metallisierungsschichten noch jeweils eine Schutzschicht zur Fixierung vorgesehen ist.
5. Richtantenne. nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorflächen (1,2) durch vorgeformte Metallflächen gebildet sind, welche als Einlegeteile auf die verdichtete Haut (3) des Schaumkörpers (4) verwendet werden.
6. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (6) zur Aufnahme des Erregerhornstrahlers (7) im Schaumkörper (4) als Halterung ausgebildet ist, mit welcher der einen Schraubflansch (9) aufweisende Erregerhornstrahler (7) verschraubbar ist.
7. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerhornstrahler (7) durch eine Metallisierungsschicht gebildet ist, welche auf der geeignet strukturierten Ausformung (6) im Schaumkörper (4) aufgebracht ist.
8. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an beliebigen Stellen der Schaumkörper (4) durch Ausformung, Verdichtung des Materials, Beschichtung mit verlustreichem Material, Metallisierung oder dergleichen elektrisch wirksame Teile so positioniert sind, daß sich eine gezielt gewünschte Verbesserung des Antennenstrahlungsverhaltens ergibt.
9. Richtantenne nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere am Antennenrand Bereiche (10) des Schaumkörpers (4) pyramidenförmig gestaltet sind.
10. Richtantenne nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch die Metallisierung blendenartiger Gebilde'(11).
11. Richtantenne nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch Abweichungen des Schaumkörpers (4) von der kreisförmigen Apertur.
12. Richtantenne nach Anpruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere auch an Stellen im dreidimensionalen Raumvolumen des Hauptreflektors (1) wettergeschützt "quasi frei" hängende und sonst durch störende Stützen zu haltende Teile angebracht sind, die z.B. nach Entfernen von für den Schäumungsvorgang montierten Hilfsstreben im Schaumkörper (4) störungsarm fixiert sind.
13. Richtantenne nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die "quasi frei" hängenden Teile Drähte oder Metallstäbe für ein polarisierendes Gitter im Bereich der Apertur sind.
14. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Haut (3) auf der Aperturfläche (12) des Schaumkörpers (4) dünner ausgebildet ist als in den übrigen Bereichen des Schaumkörpers.
15. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aperturfläche des Schaumkörpers (4) durch Neigung (16) und/oder räumliche Struktur, wie z.B. Noppen (13), so gestaltet ist, daß keine störenden Reflexionen an der Antennenspeisestelle hervorgerufen werden.
16. Richtantenne nach .einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumkörper (4) aus Polyurethan-Hartschaum besteht.
17. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Herstellung nach dem Integralschaumverfahren in einer vorzugsweise selektiv beheizbaren Form.
EP84115744A 1984-07-13 1984-12-18 Zweireflektor-Richtantenne Ceased EP0170726A1 (de)

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