EP0284897A1 - Dual reflector microwave directional antenna - Google Patents

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EP0284897A1
EP0284897A1 EP88104199A EP88104199A EP0284897A1 EP 0284897 A1 EP0284897 A1 EP 0284897A1 EP 88104199 A EP88104199 A EP 88104199A EP 88104199 A EP88104199 A EP 88104199A EP 0284897 A1 EP0284897 A1 EP 0284897A1
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EP
European Patent Office
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reflector
edge
directional antenna
sub
subreflector
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EP88104199A
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EP0284897B1 (en
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Erwin Dipl.-Ing. Härtinger
Wolfgang Dipl.-Ing. Rebhan
Gerhard Dipl.-Ing. Schindler
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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Publication of EP0284897A1 publication Critical patent/EP0284897A1/en
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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
    • 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
    • H01Q19/02—Details
    • H01Q19/021—Means for reducing undesirable effects

Definitions

  • the invention relates to a rotationally symmetrical two-reflector microwave directional antenna with low sub-lobe levels of the radiation diagram in predetermined spatial areas using a main reflector, a sub-reflector illuminating the main reflector, which adversely affects the sub-lobe attenuation, which is concavely curved according to the Gregory principle, and one with its opening between the main reflector apex and the subreflector apex arranged primary horn, the aperture assignment is designed toroidally such that it falls off from both the main reflector and the subreflector edge, starting from an intermediate maximum.
  • Directional antennas have a wide range of applications in the field of radio technology, in particular directional radio technology and satellite radio. In most applications, such directional antennas require good attenuation of the side lobes. With directional antennas for satellite ground stations, for example, interference from terrestrial directional radio networks can be reduced. Terrestrial directional radio links can be meshed more closely when using antennas with low lobes. However, the increasingly dense occupation of the satellite synchronous orbit by communications satellites and the ever increasing networking of terrestrial microwave links lead to the fact that the microwave antennas used on the ground interfere with neighboring radio links more or are more disturbed by them themselves. Such antennas should therefore have improved sub-zip attenuation in the future.
  • the antenna pattern and thus the spatial distribution of the radiated energy of a directional antenna with an undisturbed circular aperture is theoretically dependent solely on the specified occupancy function of the field strength of the radiation field in the aperture.
  • the side lobe level compared to the constant occupied antenna aperture if the field strength gradually drops towards the aperture edge.
  • the object of the invention is to design a two-reflector microwave directional antenna of the type mentioned at the outset in such a way that the requirements of the secondary zip field attenuation, which are very high nowadays, can also be met, in particular in the angular ranges further away from the main beam direction.
  • a gradual field drop in the direction of the main reflector edge is thus combined with a gradual field drop in the direction of the sub-reflector edge, the level of the radiation maximum lying approximately in the middle between the sub and the main reflector edge initially slowly and then more rapidly to level values of about - 15 dB drops.
  • the level, especially at the main reflector edge can also be lower.
  • the radiation maximum should not be much further out, because otherwise the central occupancy part would lead to an impermissibly high first side lobe.
  • the measures specified by the invention are particularly advantageous if they are applied to antennas whose main reflector has an aperture diameter of approximately 200 wavelengths or less. These are usually smaller antennas.
  • the sub-reflector is expediently held by a plurality of supports which are attached to the outside of the sub-reflector and whose base points lie in the region of the main reflector edge. Illumination by the subreflector is then largely avoided.
  • the supports can be straight or curved. Measurements have shown that the side lobe rise is less with curved supports because the interference radiation is distributed over a larger angular range. Four supports in an X-shaped arrangement are advantageously provided.
  • the edge at the opening of the primary horn can also be covered by absorber material, ie an absorber ring.
  • the subreflector can be covered all around in an edge zone by absorber material.
  • the edge zone covered by the absorber material extends over about a third of the subreflector radius, starting from the edge.
  • the edge zone of the subreflector is advantageously milled out, the absorber material with the appropriate contour being inserted into the milled out.
  • the absorber material for covering the edge of the primary horn as well as the subreflector edge zone suitably consists of a weatherproof material.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a rotationally symmetrical two-directional microwave directional antenna with a main reflector 1, a subreflector 2 that illuminates the main reflector 1 and is concavely curved according to the Gregory principle, and one with its opening between the apex of the main reflector 1 and the apex of the sub-reflector 2 arranged primary horn radiator 3.
  • the primary horn radiator 3 is fed via a hollow line 4, which is led out through an apex opening of the main reflector 1 to the rear.
  • the sub-reflector 2 is held by four X-shaped straight supports 5, the base points of which lie in the region of the edge of the main reflector 1.
  • the sub-reflector 2 and the supports 5 are necessarily in the beam path of the main reflector 1 and thereby cause interference, which is reflected in a deterioration in the side lobe characteristics. If the primary horn 3 is still relatively close to the subreflector 2, additional disturbances are to be expected, which do not allow the secondary lobe specifications to be met, at least in the wide-angle range.
  • Fig. 2 is a beam from the primary horn 3 to the edge 7 of the subreflector 2, with 10 a beam from the subreflector 2 to the edge 6 of the primary horn 3, 11 denotes a beam from the sub-reflector 2 to the main reflector 1 and 12 denotes a beam from the sub-reflector 2 to the edge 8 of the main reflector 1.
  • the beam 9 describes the radiation and diffraction effects at the subreflector 2.
  • the beam 12 describes the radiation and the edge diffraction at the main reflector 1.
  • the beam 11 describes the reflection from the main reflector 1 onto the subreflector edge 7.
  • the dominant source of interference is the secondary scattered radiation from the subreflector 2 illuminated primary horn 3, which is caused by the beam 10.
  • the main reflector 1 and the subreflector 2 are designed according to the invention in such a way that the subreflector stray field indicated by the beam 10 towards the edge 6 of the primary horn emitter has a certain low radiation level of, for example, ⁇ 8 dBi, and the subreflector scatter field indicated by the beam 11 in the direction of the projection of the sub-reflector edge 7 in the main reflector 1 does not exceed a certain low radiation level of, for example, -6 dBi, and the sub-reflector stray field indicated by the beam 12 in the direction of the main reflector edge 8 does not exceed a certain low radiation level of, for example, -10 dBi.
  • Fig. 3 shows a longitudinal sectional view of a grooved primary horn 3, which is covered at the front at its edge 6 at the opening with a ring made of absorber material 13.
  • the absorber material 13 is graphitized polyurethane foam with a weatherproof impregnated textile fabric skin or a weatherproof, absorbent rubber mat.
  • Fig. 4 shows a subreflector 2, which is covered all around in an edge zone by absorber material 15.
  • the edge zone covered by the absorber material 15 extends over about a third of the sub-reflector radius R, starting from the edge.
  • the edge zone of the sub-reflector 2 is milled out.
  • the absorber material 15 with a suitable contour profile 16 is inserted into the cutout 14.
  • a smooth surface profile is obtained which has more favorable properties with regard to snow and ice build-up as well as contamination than an absorber which was subsequently glued on, e.g. a rubber mat.

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Abstract

With respect to reducing the interfering emissions and hence the sidelobe level, the main reflector (1) and the sub-reflector (2), which is shaped concavely in accordance with the Gregory principle, are designed such that the amplitude response of the aperture field has a maximum located approximately in the centre between the edges (7, 8) of the sub-reflector and the main reflector, and falls gradually to levels of -15 dB or more in the direction of the edge of the main reflector and of the sub-reflector, the amplitude response being individually selected such that the first sidelobes are on average between approximately -11 dB and -14 dB, and the second and further sidelobes are below (29 - 25 x log theta ) [dBi]. Directional antennas according to the invention can be used for satellite and directional radio, particularly for the implementation of satellite radio antennas up to a diameter of approx. 6 m. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine rotationssymmetrisch aufge­baute Zweireflektor-Mikrowellen-Richtantenne mit niedrigen Ne­benzipfelpegeln des Strahlungsdiagramms in vorgegebenen Raumbe­reichen unter Verwendung eines Hauptreflektors, eines den Hauptreflektor ausleuchtenden, die Nebenzipfeldämpfung un­günstig beeinflussenden Subreflektors, der gemäß dem Gregory-­Prinzip konkav gekrümmt ist, und eines mit seiner Öffnung zwischen dem Hauptreflektorscheitel und dem Subreflektor­scheitel angeordneten Primärhornstrahlers, wobei die Apertur­belegung torusförmig derart ausgelegt ist, daß sie sowohl zum Hauptreflektor- als auch zum Subreflektorrand, ausgehend von einem dazwischen liegenden Maximum, abfällt.The invention relates to a rotationally symmetrical two-reflector microwave directional antenna with low sub-lobe levels of the radiation diagram in predetermined spatial areas using a main reflector, a sub-reflector illuminating the main reflector, which adversely affects the sub-lobe attenuation, which is concavely curved according to the Gregory principle, and one with its opening between the main reflector apex and the subreflector apex arranged primary horn, the aperture assignment is designed toroidally such that it falls off from both the main reflector and the subreflector edge, starting from an intermediate maximum.

Richtantennen finden eine vielfältige Anwendung auf dem Gebiet der Funktechnik, insbesondere der Richtfunktechnik und des Satellitenfunks. In den meisten Anwendungsfällen wird von sol­chen Richtantennen eine gute Dämpfung der Nebenzipfel verlangt. Bei Richtantennen für Satellitenbodenstationen können dadurch beispielsweise Störungen terrestrischer Richtfunknetze verrin­gert werden. Terrestrische Richtfunkstrecken können bei Verwen­dung nebenzipfelarmer Antennen enger vermascht werden. Die zu­nehmend dichtere Besetzung der Satellitensynchronbahn mit Nach­richtensatelliten und die immer stärker werdende Vernetzung terrestrischer Richtfunkverbindungen führen aber dazu, daß die am Boden eingesetzten Richtfunkantennen winkelmäßig benachbarte Funkstrecken mehr stören oder von diesen selbst mehr gestört werden. Solche Antennen sollen deshalb künftig eine verbesserte Nebenzipfeldämpfung aufweisen. Bei rotationssymmetrischen Zwei­reflektorantennen üblicher Bauart mit einem Aperturdurchmesser von weniger als etwa 200 Wellenlängen ergeben sich aufgrund erhöhter Beugung und, damit zusammenhängend, stärkerer vom Subreflektor- und Erregerrand ausgehender Störstrahlung besondere Probleme. Für Satellitenfunkverbindungen kommt es dabei vor allem auf den Winkelbereich von 1° bis 20°, für terrestrische Verbindungen dagegen zur Zeit mehr auf den Bereich von 20° und darüber an.Directional antennas have a wide range of applications in the field of radio technology, in particular directional radio technology and satellite radio. In most applications, such directional antennas require good attenuation of the side lobes. With directional antennas for satellite ground stations, for example, interference from terrestrial directional radio networks can be reduced. Terrestrial directional radio links can be meshed more closely when using antennas with low lobes. However, the increasingly dense occupation of the satellite synchronous orbit by communications satellites and the ever increasing networking of terrestrial microwave links lead to the fact that the microwave antennas used on the ground interfere with neighboring radio links more or are more disturbed by them themselves. Such antennas should therefore have improved sub-zip attenuation in the future. In the case of rotationally symmetrical two-reflector antennas of conventional design with an aperture diameter of less than approximately 200 wavelengths, particular problems arise due to increased diffraction and, in connection therewith, stronger interference radiation emanating from the sub-reflector and exciter edge. It comes for satellite radio links in this case primarily on the angular range from 1 ° to 20 °, for terrestrial connections, however, at the moment more on the range from 20 ° and above.

Ein annähernd typisches Beispiel für bisherige Bauweisen für Richtantennen ist die in "Telcom Report" 9 (1986), Sonderheft "Nachrichtenübertragung auf Funkwegen", Seiten 82 bis 84 be­schriebene 3,5 m-Zweispiegelantenne für das deutsche Fernmel­desatellitensystem. Diese Antenne ist nach dem Cassegrain-­Prinzip aufgebaut und vor allem auf einen hohen Wirkungsgrad hin optimiert, um den Durchmesser des Hauptreflektors klein halten zu können. Die Reflektoren sind deshalb so geformt, daß sich noch eine einigermaßen homogene Belegung in der Antennen­apertur ergibt. Ein gewisser allmählicher Feldabfall in Rich­tung zum Hauptreflektorrand hin soll allerdings schon der Ver­besserung der Nebenzipfeldämpfung im hauptkeulennahmen Bereich und vor allem im Bereich um ± 90° (Hauptreflektorüberstrahlung) dienen. Bei einer Fehlausrichtung der Antennenkeule, wie sie beispielsweise bei Satellitenbewegungen immer vorkommen kann, ist eine leicht abfallende Belegung auch vom Wirkungsgrad her günstiger. Um die Störwirkung der Subreflektorstützen auf das Nebenzipfeldiagramm zu reduzieren, werden z.B. bei der 3,5 m-Antenne gekrümmte Stützen verwendet.An approximately typical example of previous designs for directional antennas is the 3.5 m two-mirror antenna for the German telecommunications satellite system described in "Telcom Report" 9 (1986), special issue "Message transmission on radio paths", pages 82 to 84. This antenna is constructed according to the Cassegrain principle and above all optimized for high efficiency in order to keep the diameter of the main reflector small. The reflectors are therefore shaped so that there is still a reasonably homogeneous assignment in the antenna aperture. A certain gradual drop in the field towards the main reflector edge should, however, already serve to improve the subzip field attenuation in the area of the main club and especially in the area of ± 90 ° (main reflector radiation). In the event of a misalignment of the antenna lobe, as can always occur with satellite movements, for example, a slightly decreasing assignment is also more efficient. In order to reduce the interference effect of the subreflector supports on the secondary zip diagram, e.g. curved supports are used for the 3.5 m antenna.

Das Antennendiagramm und damit die räumliche Verteilung der abgestrahlten Energie einer Richtantenne mit ungestörter Kreisapertur ist theoretisch ausschließlich von der vorge­gebenen Belegungsfunktion der Feldstärke des Strahlungsfeldes in der Apertur abhängig. Wie beispielsweise der Literaturstelle aus dem Buch von S. Silver: "Microwave Antenna Theory and Design", MIT-Serie, 1949, Seiten 186 bis 198 zu entnehmen ist, ergibt sich im Vergleich zur konstant belegten Antennenapertur dann eine definierte Abnahme des Nebenzipfelpegels, wenn zum Aperturrand hin die Feldstärke allmählich abfällt.The antenna pattern and thus the spatial distribution of the radiated energy of a directional antenna with an undisturbed circular aperture is theoretically dependent solely on the specified occupancy function of the field strength of the radiation field in the aperture. As can be seen, for example, from the literature from the book by S. Silver: "Microwave Antenna Theory and Design", MIT series, 1949, pages 186 to 198, there is a defined decrease in the side lobe level compared to the constant occupied antenna aperture if the field strength gradually drops towards the aperture edge.

Aus "Nachrichtentechnische Fachberichte", Band 43, 1972, Seiten 104 und 105, ist es bekannt, Nebenmaxima bei Richtantennen mit innerhalb des Strahlungsfeldes liegenden und damit die Neben­ zipfeldämpfung ungünstig beeinflussenden Vorrichtungen, z.B. bei Cassegrain-Antennen, dadurch zu verkleinern, daß die Be­legung zum Aperturrand hin gleichmäßig abfallend ausgebildet wird. Diese Maßnahme zur Nebenzipfelpegelreduzierung genügt hier jedoch häufig nicht. Ursache des noch zu hohen Neben­zipfelpegels ist dabei der starke Feldgradient am Subreflek­torrand. Durch einen allmählichen Feldabfall in Richtung zum Subreflektorrand kann dieser Nachteil im Prinzip wieder weitgehend beseitigt werden, wie aus der DE-PS 23 42 9O4 für eine Cassegrain-Antenne bekannt ist.From "Telecommunications technical reports", volume 43, 1972, pages 104 and 105, it is known to secondary maxima in directional antennas with lying within the radiation field and thus the side to reduce zip field damping devices, for example in the case of Cassegrain antennas, by making the assignment evenly falling towards the edge of the aperture. However, this measure to reduce the sidelong level is often not sufficient here. The cause of the still too high sidelobe level is the strong field gradient at the sub-reflector edge. A gradual field drop in the direction of the subreflector edge can in principle largely eliminate this disadvantage again, as is known from DE-PS 23 42 9O4 for a Cassegrain antenna.

Aus der bereits erwähnten Literaturstelle aus dem "Telcom Re­port", insbesondere Seite 83, ist es darüber hinaus bereits be­kannt, daß eine radikale Veränderung der homogenen Aperturbele­gung in Richtung der in der DE-PS 23 42 904 erläuterten Torus­belegung gerade bei den kleineren Antennen in bestimmten Win­kelbereichen eine noch stärkere Wirkung auf die Nebenkeulen­dämpfung hat. In Bild 13 dieser Literaturstelle ist der kon­struktive Aufbau einer 4,2 m-Antenne dargestellt, bei der das Gregory-Prinzip mit dem Prinzip der Torusbelegung kombiniert ist.From the already mentioned reference from the "Telcom Report", in particular page 83, it is also known that a radical change in the homogeneous aperture assignment in the direction of the torus assignment explained in DE-PS 23 42 904, especially in the smaller antennas Angular ranges has an even stronger effect on the side lobe damping. Figure 13 of this reference shows the construction of a 4.2 m antenna, in which the Gregory principle is combined with the principle of the torus assignment.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zweireflektor-Mikrowellen-­Richtantenne der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sich auch die heutzutage sehr hohen Anforderungen an die Nebenzipfeldämpfung, insbesondere auch in den von der Haupt­strahlrichtung weiter abliegenden Winkelbereichen, erfüllen lassen.The object of the invention is to design a two-reflector microwave directional antenna of the type mentioned at the outset in such a way that the requirements of the secondary zip field attenuation, which are very high nowadays, can also be met, in particular in the angular ranges further away from the main beam direction.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Reflektoren so ausgebildet sind, daß das Subreflektor­streufeld in Richtung zum Rand des Primärhornstrahlers einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 8 dBi, in Rich­tung der Projektion des Subreflektorrandes in den Hauptreflek­tor einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 6 dBi und in Richtung zum Hauptreflektorrand einen bestimmten niedri­gen Strahlungspegel von z.B. - 10 dBi nicht überschreitet, was zu einem Amplitudenverlauf des Aperturfeldes führt, der ein etwa in der Mitte zwischen dem Sub- und Hauptreflektorrand liegendes Maximum aufweist und sowohl in Richtung des Haupt-­als auch des Subreflektorrandes allmählich auf Pegel von etwa -­15 dB oder mehr abfällt, und daß dieser Amplitudenverlauf dabei so gewählt ist, daß die ersten Nebenzipfel im Mittel etwa zwischen - 11 und - 14 dB und die zweiten sowie die weiteren Nebenzipfel des Strahlungsdiagramms unter einer Kurve A = (Z - 25 log ϑ) mit z.B. Z = 29 liegen, wobei A der Strah­lungsdiagrammpegel in dBi und ϑ der Diagrammwinkel in bezug auf die Antennensymmetrieachse ist. Nach der Erfindung wird somit ein allmählicher Feldabfall in Richtung zum Hauptreflek­torrand mit einem allmählichen Feldabfall in Richtung zum Sub­reflektorrand hin kombiniert, wobei der Pegel von dem etwa in der Mitte zwischen dem Sub- und dem Hauptreflektorrand liegen­den Strahlungsmaximum zunächst langsam und dann rascher bis auf Pegelwerte von etwa - 15 dB abfällt. Der Pegel, vor allem am Hauptreflektorrand, kann dabei auch noch tiefer liegen. Das Strahlungsmaximum soll dabei nicht wesentlich weiter außen lie­gen, weil sonst der zentrale Belegungsteil zu einem unzulässig hohen ersten Nebenzipfel führen würde. Bei der Realisierung einer derartigen Belegung durch geeignete Reflektorformung ergibt sich der wesentliche weitere Vorteil, daß der Rand des Primärhornstrahlers vom Subreflektor und der Rand des Subre­flektors vom Hauptreflektor erheblich weniger stark angestrahlt werden. Da die von diesen Rändern ausgehende Störstrahlung vor allem die von der Hauptkeule weiter abgelegenen Nebenzipfel erhöht, ergeben sich dort durch die gewählte Belegung wesent­liche Verbesserungen.According to the invention, this object is achieved in that the two reflectors are designed such that the subreflector stray field towards the edge of the primary horn emitter has a certain low radiation level of, for example - 8 dBi, in the direction of the projection of the subreflector edge into the main reflector a certain low radiation level of eg - 6 dBi and in the direction of the main reflector edge does not exceed a certain low radiation level of eg - 10 dBi, which leads to an amplitude profile of the aperture field, which is a has approximately maximum in the middle between the sub and main reflector edge and gradually drops in the direction of the main and the sub reflector edge to levels of about -15 dB or more, and that this amplitude curve is chosen so that the first sub lobe in Averages between - 11 and - 14 dB and the second and the other sub-peaks of the radiation diagram lie under a curve A = (Z - 25 log ϑ) with, for example, Z = 29, where A is the radiation diagram level in dBi and ϑ the diagram angle in relation is the antenna symmetry axis. According to the invention, a gradual field drop in the direction of the main reflector edge is thus combined with a gradual field drop in the direction of the sub-reflector edge, the level of the radiation maximum lying approximately in the middle between the sub and the main reflector edge initially slowly and then more rapidly to level values of about - 15 dB drops. The level, especially at the main reflector edge, can also be lower. The radiation maximum should not be much further out, because otherwise the central occupancy part would lead to an impermissibly high first side lobe. When realizing such an assignment by suitable reflector shaping, there is the essential further advantage that the edge of the primary horn emitter is illuminated by the subreflector and the edge of the subreflector by the main reflector considerably less strongly. Since the interference radiation emanating from these edges primarily increases the secondary lobes further away from the main lobe, there are significant improvements there through the selected assignment.

Es hat sich herausgestellt, daß es im Hinblick auf die Stör­strahlungen und die Nebenzipfeldämpfung günstiger ist, wenn statt des konvexen Cassegrain-Subreflektors ein konkav ge­krümmter Gregory-Subreflektor verwendet wird. Obwohl die Bele­gung nach der Erfindung auch beim Cassegrain-Prinzip wirksam ist, ergeben sich in Kombination mit dem Gregory-Prinzip insgesamt bessere Ergebnisse. Obwohl der Wirkungsgrad der Antenne bei der Belegung nach der Erfindung etwas zurückgeht, lassen sich noch Wirkungsgrade von etwa 62 % bis 72 % realisieren. Im Vergleich z.B. mit der im angegebenen Telcom-­Report beschriebenen 3,5 m-Antenne, welche einen Wirkungsgrad von 73 % hat, muß der Antennendurchmesser daher nur wenig vergrößert werden, um den gleichen Gewinn zu erzielen.It has been found that with regard to the interference radiation and the secondary zip field attenuation, it is more favorable if a concave curved Gregory subreflector is used instead of the convex Cassegrain subreflector. Although the assignment according to the invention is also effective with the Cassegrain principle, overall better results are obtained in combination with the Gregory principle. Although the efficiency of the antenna decreases somewhat when it is occupied according to the invention, efficiencies of about 62% to 72% can still be achieved. realize. In comparison, for example, with the 3.5 m antenna described in the Telcom report, which has an efficiency of 73%, the antenna diameter only needs to be increased slightly in order to achieve the same gain.

Die durch die Erfindung angegebenen Maßnahmen sind besonders vorteilhaft, wenn sie bei Antennen angewendet werden, deren Hauptreflektor einen Aperturdurchmesser von etwa 200 Wellen­längen oder weniger aufweist. Es handelt sich dabei meist um Antennen kleinerer Bauart.The measures specified by the invention are particularly advantageous if they are applied to antennas whose main reflector has an aperture diameter of approximately 200 wavelengths or less. These are usually smaller antennas.

In zweckmäßiger Weise wird der Subreflektor von mehreren außen am Subreflektor angebrachten Stützen gehalten, deren Fußpunkte im Bereich des Hauptreflektorrandes liegen. Es wird dann eine Anstrahlung durch den Subreflektor weitgehend vermieden. Die Stützen können gerade oder gekrümmt ausgebildet werden. Messun­gen haben gezeigt, daß bei gekrümmten Stützen der Nebenkeulen­anstieg geringer ist, weil die Störstrahlung über einen größe­ren Winkelbereich verteilt ist. In vorteilhafter Weise werden vier Stützen in X-förmiger Anordnung vorgesehen.The sub-reflector is expediently held by a plurality of supports which are attached to the outside of the sub-reflector and whose base points lie in the region of the main reflector edge. Illumination by the subreflector is then largely avoided. The supports can be straight or curved. Measurements have shown that the side lobe rise is less with curved supports because the interference radiation is distributed over a larger angular range. Four supports in an X-shaped arrangement are advantageously provided.

In vorteilhafter Weise kann auch der Rand an der Öffnung des Primärhornstrahlers durch Absorbermaterial, d.h. einen Absor­berring, abgedeckt sein. Zusätzlich kann auch der Subreflektor rundum in einer Randzone durch Absorbermaterial abgedeckt wer­den. Dabei erstreckt sich die durch das Absorbermaterial abge­deckte Randzone über etwa ein Drittel des Subreflektorradius, ausgehend vom Rand. In vorteilhafter Weise ist die Randzone des Subreflektors ausgefräst, wobei in die Ausfräsung das Absorber­material mit passendem Konturverlauf eingesetzt wird. Das Ab­sorbermaterial sowohl für die Abdeckung des Randes des Primär­hornstrahlers als auch der Subreflektor-Randzone besteht in zweckmäßiger Weise aus einem wetterfesten Material. Es hat sich gezeigt, daß die nebenzipfelerhöhende Wirkung einer unzurei­chenden Absenkung des Subreflektorstreufeldes im zentralen, achsnahen Bereich durch die erwähnte Abdeckung des Primärhorn­strahlerrandes und/oder auch durch die Abdeckung der Randzone des Subreflektors verringert werden kann.Advantageously, the edge at the opening of the primary horn can also be covered by absorber material, ie an absorber ring. In addition, the subreflector can be covered all around in an edge zone by absorber material. The edge zone covered by the absorber material extends over about a third of the subreflector radius, starting from the edge. The edge zone of the subreflector is advantageously milled out, the absorber material with the appropriate contour being inserted into the milled out. The absorber material for covering the edge of the primary horn as well as the subreflector edge zone suitably consists of a weatherproof material. It has been shown that the sub-reflector-increasing effect of an insufficient lowering of the subreflector stray field in the central region near the axis can be reduced by the aforementioned covering of the primary horn emitter edge and / or also by covering the edge zone of the subreflector.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Figuren erläutert. Es zeigen

  • Fig. 1 die seitliche Schemadarstellung einer nach dem Gregory-Prinzip gespeisten rotationssymmetrischen Zweireflektor-Mikrowellen-Richtantenne,
  • Fig. 2 die Streu- und Beugungseffekte einer rotationssymme­trischen Gregory-Antenne in einer schematischen Dar­stellung,
  • Fig. 3 eine geschnittene Darstellung eines mit Absorbermate­rial am Öffnungsrand versehenen Primärhornstrahlers,
  • Fig. 4 einen mit Absorbermaterial in seiner Randzone verse­henen Subreflektor in einer Schnittansicht.
The invention is explained below with reference to four figures. Show it
  • 1 shows the side schematic representation of a rotationally symmetrical two-reflector microwave directional antenna fed according to the Gregory principle,
  • 2 shows the scattering and diffraction effects of a rotationally symmetrical Gregory antenna in a schematic representation,
  • 3 shows a sectional illustration of a primary horn emitter provided with absorber material at the opening edge,
  • Fig. 4 shows a subreflector provided with absorber material in its edge zone in a sectional view.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine rota­tionssymmetrisch aufgebaute Zweireflektor-Mikrowellen-Richt­antenne mit einem Hauptreflektor 1, einem den Hauptreflektor 1 ausleuchtenden, gemäß dem Gregory-Prinzip konkav gekrümmten Subreflektor 2 und einem mit seiner Öffnung zwischen dem Schei­tel des Hauptreflektors 1 und dem Scheitel des Subreflektors 2 angeordneten Primärhornstrahler 3. Der Primärhornstrahler 3 wird über eine Hohlleitung 4 gespeist, die durch eine Schei­telöffnung des Hauptreflektors 1 nach hinten herausgeführt ist. Der Subreflektor 2 wird von vier X-förmig angeordneten geraden Stützen 5 gehalten, deren Fußpunkte im Bereich des Randes des Hauptreflektors 1 liegen. Die in Fig. 1 dargestellte Antenne hat den grundsätzlichen Nachteil, daß insbesondere der Subre­flektor 2 und die Stützen 5 notwendigerweise im Strahlengang des Hauptreflektors 1 liegen und dabei Störungen verursachen, die sich in einer Verschlechterung der Nebenzipfelcharakter­istik niederschlagen. Wenn sich der Primärhornstrahler 3 dabei noch relativ nahe am Subreflektor 2 befindet, so ist mit zu­sätzlichen Störungen zu rechnen, die eine Erfüllung der Neben­zipfelspezifikationen zumindest im Weitwinkelbereich nicht gestatten.1 shows a schematic side view of a rotationally symmetrical two-directional microwave directional antenna with a main reflector 1, a subreflector 2 that illuminates the main reflector 1 and is concavely curved according to the Gregory principle, and one with its opening between the apex of the main reflector 1 and the apex of the sub-reflector 2 arranged primary horn radiator 3. The primary horn radiator 3 is fed via a hollow line 4, which is led out through an apex opening of the main reflector 1 to the rear. The sub-reflector 2 is held by four X-shaped straight supports 5, the base points of which lie in the region of the edge of the main reflector 1. The antenna shown in Fig. 1 has the fundamental disadvantage that in particular the sub-reflector 2 and the supports 5 are necessarily in the beam path of the main reflector 1 and thereby cause interference, which is reflected in a deterioration in the side lobe characteristics. If the primary horn 3 is still relatively close to the subreflector 2, additional disturbances are to be expected, which do not allow the secondary lobe specifications to be met, at least in the wide-angle range.

Zur Verdeutlichung der Streu- und Beugungseffekte, die bei einer rotationssymmetrischen Gregory-Antenne nach Fig. 1 auftreten können und die durch die besondere torusförmige Be­legung nach der Erfindung reduziert werden, dient Fig. 2. Darin ist mit 9 ein Strahl vom Primärhornstrahler 3 zum Rand 7 des Subreflektors 2, mit 10 ein Strahl vom Subreflektor 2 zum Rand 6 des Primärhornstrahlers 3, mit 11 ein Strahl vom Subreflektor 2 zum Hauptreflektor 1 und mit 12 ein Strahl vom Subreflektor 2 zum Rand 8 des Hauptreflektors 1 bezeichnet. Der Strahl 9 be­schreibt die Überstrahlung und Beugungseffekte am Subreflektor 2. Der Strahl 12 beschreibt die Überstrahlung und die Kanten­beugung am Hauptreflektor 1. Der Strahl 11 beschreibt die Rückstrahlung vom Hauptreflektor 1 auf den Subreflektorrand 7. Die dominierende Störquelle ist jedoch die sekundäre Streu­strahlung des vom Subreflektor 2 angestrahlten Primärhornstrah­lers 3, die durch den Strahl 10 verursacht wird.To illustrate the scattering and diffraction effects that occur in a rotationally symmetrical Gregory antenna according to FIG. 1 Fig. 2 is used, which is a beam from the primary horn 3 to the edge 7 of the subreflector 2, with 10 a beam from the subreflector 2 to the edge 6 of the primary horn 3, 11 denotes a beam from the sub-reflector 2 to the main reflector 1 and 12 denotes a beam from the sub-reflector 2 to the edge 8 of the main reflector 1. The beam 9 describes the radiation and diffraction effects at the subreflector 2. The beam 12 describes the radiation and the edge diffraction at the main reflector 1. The beam 11 describes the reflection from the main reflector 1 onto the subreflector edge 7. The dominant source of interference, however, is the secondary scattered radiation from the subreflector 2 illuminated primary horn 3, which is caused by the beam 10.

Der Hauptreflektor 1 und der Subreflektor 2 sind nach der Erfin­dung so ausgebildet, daß das durch den Strahl 10 angedeutete Subreflektorstreufeld in Richtung zum Rand 6 des Primärhorn­strahlers einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 8 dBi, das durch den Strahl 11 angedeutete Subreflektorstreu­feld in Richtung der Projektion des Subreflektorrandes 7 in den Hauptreflektor 1 einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 6 dBi und das durch den Strahl 12 in Richtung zum Hauptreflektorrand 8 angedeutete Subreflektorstreufeld einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 10 dBi nicht überschreitet. Diese Bemessungen führen zu einem Amplitudenver­lauf des Aperturfeldes, der, in radialer Richtung gesehen, ein etwa in der Mitte zwischen dem Subreflektorrand 7 und dem Hauptreflektorrand 8 liegendes Maximum aufweist und sowohl in Richtung des Haupt-als auch des Subreflektorrandes 7 und 8 allmählich auf Pegel von etwa - 15 dB oder mehr abfällt. Dabei ist dieser Amplitudenverlauf so gewählt, daß die ersten Neben­zipfel im Mittel etwa zwischen - 11 und - 14 dB und die zweiten sowie die weiteren Nebenzipfel des Strahlungsdiagramms unter einer Kurve A = (Z - 25 log ϑ) mit z.B. Z = 29 liegen, wobei A der Strahlungsdiagrammpegel in dBi und ϑ der Diagrammwinkel in bezug auf die Antennensymmetrieachse ist.The main reflector 1 and the subreflector 2 are designed according to the invention in such a way that the subreflector stray field indicated by the beam 10 towards the edge 6 of the primary horn emitter has a certain low radiation level of, for example, −8 dBi, and the subreflector scatter field indicated by the beam 11 in the direction of the projection of the sub-reflector edge 7 in the main reflector 1 does not exceed a certain low radiation level of, for example, -6 dBi, and the sub-reflector stray field indicated by the beam 12 in the direction of the main reflector edge 8 does not exceed a certain low radiation level of, for example, -10 dBi. These dimensions lead to an amplitude profile of the aperture field which, viewed in the radial direction, has a maximum approximately in the middle between the sub-reflector edge 7 and the main reflector edge 8 and gradually towards the level of both the main and the sub-reflector edge 7 and 8 drops about - 15 dB or more. This amplitude curve is chosen such that the first side lobes on average are between - 11 and - 14 dB and the second and the other side lobes of the radiation diagram lie under a curve A = (Z - 25 log ϑ) with, for example, Z = 29, where A is the radiation diagram level in dBi and ϑ the diagram angle with respect to the antenna symmetry axis.

Fig. 3 zeigt eine Längsschnittansicht eines mit Rillen verse­henen Primärhornstrahlers 3, der vorne an seinem Rand 6 an der Öffnung mit einem Ring aus Absorbermaterial 13 abgedeckt ist. In der praktischen Ausführung ist beispielsweise das Absorber­material 13 graphitierter Polyurethanschaum mit einer wetter­fest imprägnierten Textilgewebehaut oder eine wetterfeste, absorbierende Gummimatte.Fig. 3 shows a longitudinal sectional view of a grooved primary horn 3, which is covered at the front at its edge 6 at the opening with a ring made of absorber material 13. In the practical version, for example, the absorber material 13 is graphitized polyurethane foam with a weatherproof impregnated textile fabric skin or a weatherproof, absorbent rubber mat.

Fig. 4 zeigt einen Subreflektor 2, der rundum in einer Randzone durch Absorbermaterial 15 abgedeckt ist. Die durch das Absor­bermaterial 15 abgedeckte Randzone erstreckt sich über etwa ein Drittel des Subreflektorradius R, ausgehend vom Rand. Die Rand­zone des Subreflektors 2 ist ausgefräst. In die Ausfräsung 14 ist das Absorbermaterial 15 mit einem passenden Konturverlauf 16 eingesetzt. Vorzugsweise wird hier mechanisch bearbeitbares Absorbermaterial 15, z.B. Ferrit verwendet. Man erhält so einen glatten Oberflächenverlauf, der in bezug auf Schnee- und Eisansatz sowie Verschmutzung günstigere Eigenschaften aufweist als ein nachträglich aufgeklebter Absorber, z.B. eine Gummi­matte.Fig. 4 shows a subreflector 2, which is covered all around in an edge zone by absorber material 15. The edge zone covered by the absorber material 15 extends over about a third of the sub-reflector radius R, starting from the edge. The edge zone of the sub-reflector 2 is milled out. The absorber material 15 with a suitable contour profile 16 is inserted into the cutout 14. Preferably mechanically machinable absorber material 15, e.g. Ferrite used. In this way, a smooth surface profile is obtained which has more favorable properties with regard to snow and ice build-up as well as contamination than an absorber which was subsequently glued on, e.g. a rubber mat.

Es hat sich gezeigt, daß die nebenzipfelerhöhende Wirkung einer unzureichenden Absenkung des Subreflektorstreufeldes im zentra­len, achsnahen Bereich durch die in den Figuren 3 und 4 darge­stellten Abdeckmaßnahmen des Primärhornstrahlerrandes und/oder durch die Abdeckung der Randzone des Subreflektors mit geeig­netem wetterfesten Absorbermaterial stark verringert werden kann und sich somit eine unterstützende Wirkung der durch die Erfindung angegebenen Belegung ergibt.It has been shown that the sub-reflector-increasing effect of an insufficient lowering of the subreflector stray field in the central region near the axis can be greatly reduced by the covering measures of the primary horn emitter edge shown in FIGS. 3 and 4 and / or by covering the edge zone of the subreflector with suitable weatherproof absorber material and there is thus a supportive effect of the occupancy indicated by the invention.

Claims (13)

1. Rotationssymmetrisch aufgebaute Zweireflektor-Mikrowellen-­Richtantenne mit niedrigen Nebenzipfelpegeln des Strahlungs­diagramms in vorgegebenen Raumbereichen unter Verwendung eines Hauptreflektors, eines den Hauptreflektor ausleuchtenden, die Nebenzipfeldämpfung ungünstig beeinflussenden Subreflektors, der gemäß dem Gregory-Prinzip konkav gekrümmt ist, und eines mit seiner Öffnung zwischen dem Hauptreflektorscheitel und dem Subreflektorscheitel angeordneten Primärhornstrahlers, wobei die Aperturbelegung torusförmig derart ausgelegt ist, daß sie sowohl zum Hauptreflektor- als auch zum Subreflektorrand, aus­gehend von einem dazwischen liegenden Maximum, abfällt,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektoren (1, 2) so ausgebildet sind, daß das Subreflektorstreufeld in Richtung zum Rand (6) des Primärhorn­strahlers (3) einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 8 dBi, in Richtung der Projektion des Subreflektorrandes (7) in den Hauptreflektor (1) einen bestimmten niedrigen Strah­lungspegel von z.B. - 6 dBi und in Richtung zum Hauptreflektor­rand (8) einen bestimmten niedrigen Strahlungspegel von z.B. - 10 dBi nicht überschreitet, was zu einem Amplitudenverlauf des Aperturfeldes führt, der ein etwa in der Mitte zwischen dem Sub- und Hauptreflektorrand liegendes Maximum aufweist und sowohl in Richtung des Haupt- als auch des Subreflektorrandes allmählich auf Pegel von etwa - 15 dB oder mehr abfällt, und daß dieser Amplitudenverlauf dabei so gewählt ist, daß die er­sten Nebenzipfel im Mittel etwa zwischen - 11 und - 14 dB und die zweiten sowie die weiteren Nebenzipfel des Strahlungsdia­gramms unter einer Kurve A = (Z - 25 log ϑ) mit z.B. Z = 29 liegen, wobei A der Strahlungsdiagrammpegel in dBi und ϑ der Diagrammwinkel in bezug auf die Antennensymmetrieachse ist.1.Rotationally symmetrical two-reflector microwave directional antenna with low sub-lobe levels of the radiation pattern in predetermined spatial areas using a main reflector, a subreflector illuminating the main reflector, which adversely affects the sub-lobe attenuation and concavely curved according to the Gregory principle, and one with its opening between the Main reflector apex and the primary reflector arranged on the subreflector apex, the aperture assignment being designed in a toroidal shape in such a way that it falls both towards the main reflector and the subreflector edge, starting from an intermediate maximum,
characterized in that the two reflectors (1, 2) are designed such that the subreflector stray field in the direction of the edge (6) of the primary horn radiator (3) has a certain low radiation level of, for example, -8 dBi, in the direction of the projection of the subreflector edge (7) in the main reflector (1) does not exceed a certain low radiation level of e.g. - 6 dBi and in the direction of the main reflector edge (8) does not exceed a certain low radiation level of e.g. - 10 dBi, which leads to an amplitude profile of the aperture field which is approximately in the middle between has the maximum lying at the sub- and main reflector edge and gradually drops in the direction of the main and the sub-reflector edge to levels of about -15 dB or more, and that this amplitude curve is chosen so that the first sub-lobes average between about -11 and - 14 dB and the second and the other side peaks of the radiation diagram under a curve A = (Z - 25 log ϑ) with, for example, Z = 29 lie, where A is the radiation diagram level in dBi and ϑ the diagram angle with respect to the antenna symmetry axis. 2. Richtantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (1) einen Aperturdurchmesser von etwa 200 Wellenlängen oder weniger aufweist.2. directional antenna according to claim 1,
characterized in that the main reflector (1) has an aperture diameter of about 200 wavelengths or less. 3. Richtantenne nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Subreflektor (2) von mehreren außen am Subreflektor ange­ordneten Stützen (5) gehalten wird, deren Fußpunkte im Bereich des Hauptreflektorrandes (8) liegen.3. Directional antenna according to claim 1 or 2,
characterized in that the sub-reflector (2) is held by a plurality of supports (5) arranged on the outside of the sub-reflector, the base points of which lie in the region of the main reflector edge (8). 4. Richtantenne nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (5) gerade ausgebildet sind.4. directional antenna according to claim 3,
characterized in that the supports (5) are straight. 5. Richtantenne nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (5) gekrümmt ausgebildet sind.5. directional antenna according to claim 3,
characterized in that the supports (5) are curved. 6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß vier Stützen (5) in X-förmiger Anordnung vorgesehen sind.6. directional antenna according to one of claims 3 to 5,
characterized in that four supports (5) are provided in an X-shaped arrangement. 7. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (6) an der Öffnung des Primärhornstrahlers (3) durch Absorbermaterial (13) abgedeckt ist.7. directional antenna according to one of the preceding claims,
characterized in that the edge (6) at the opening of the primary horn (3) is covered by absorber material (13). 8. Richtantenne nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als Absorbermaterial (13) graphitierter Polyurethanschaum mit einer wetterfest imprägnierten Textilgewebeabdeckung vorgesehen ist.8. directional antenna according to claim 7,
characterized in that graphitized polyurethane foam with a weatherproof impregnated textile fabric cover is provided as the absorber material (13). 9. Richtantenne nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als Absorbermaterial (13) ein wetterfestes Gummimattenmaterial vorgesehen ist.9. directional antenna according to claim 7,
characterized in that a weatherproof rubber mat material is provided as the absorber material (13). 10. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Subreflektor (2) rundum in einer Randzone durch Absorber­material (15) abgedeckt ist.10. Directional antenna according to one of the preceding claims,
characterized in that the subreflector (2) is covered all around in an edge zone by absorber material (15). 11. Richtantenne nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die durch Absorbermaterial (15) abgedeckte Randzone über etwa ein Drittel des Subreflektorradius (R), ausgehend vom Rand (7), erstreckt.11. Directional antenna according to claim 10,
characterized in that the edge zone covered by absorber material (15) extends over approximately one third of the subreflector radius (R), starting from the edge (7). 12. Richtantenne nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone des Subreflektors (2) ausgefräst und in die Aus­fräsung (14) das Absorbermaterial (15) mit passendem Kontur­verlauf (16) eingesetzt ist.12. Directional antenna according to one of claims 10 or 11,
characterized in that the edge zone of the sub-reflector (2) is milled out and the absorber material (15) with a suitable contour profile (16) is inserted into the cutout (14). 13. Richtantenne nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisch bearbeitbares Absorbermaterial (15), z.B. Ferrit, vorgesehen ist.13. Directional antenna according to one of claims 10 to 12,
characterized in that a mechanically workable absorber material (15), for example ferrite, is provided.
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