EP1074061B1 - Zentral gespeistes antennensystem und verfahren zum optimieren eines solchen antennensystems - Google Patents

Zentral gespeistes antennensystem und verfahren zum optimieren eines solchen antennensystems Download PDF

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EP1074061B1
EP1074061B1 EP99927692A EP99927692A EP1074061B1 EP 1074061 B1 EP1074061 B1 EP 1074061B1 EP 99927692 A EP99927692 A EP 99927692A EP 99927692 A EP99927692 A EP 99927692A EP 1074061 B1 EP1074061 B1 EP 1074061B1
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EP
European Patent Office
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reflector
antenna system
antenna
copolar
feed system
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EP99927692A
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Luc Duchesne
Helmut Wolf
Norbert Nathrath
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Airbus DS GmbH
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Astrium GmbH
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Publication date
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    • H01Q19/021—Means for reducing undesirable effects
    • H01Q19/023—Means for reducing undesirable effects for reducing the scattering of mounting structures, e.g. of the struts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • 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
    • H01Q19/12—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 wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—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 wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination

Definitions

  • the invention relates to a centrally fed antenna system and a method for optimizing one Antenna system.
  • Such antenna systems are usually systems with a single reflector and a feed system, however double reflector systems are also known, in which the Feeding system irradiated a subreflector, which in turn illuminates a main reflector.
  • the following is always spoken of a single reflector antenna system; however are always available for a double reflector antenna system possible.
  • centrally fed antenna systems structurally more compact with a single reflector.
  • Regarding the electromagnetic properties has a centrally fed antenna no offset cross polarization and thereby produces less cross polarization than an antenna system with a single reflector and an offset feed system.
  • centrally powered antennas have two significant disadvantages with regard to electromagnetic Properties: On the one hand, that emanating from the reflector electromagnetic field through the feed system that Supports for the feed system and the feed cables shaded, on the other hand, this electromagnetic field acts the feeding system back.
  • the shading has essentially an influence on the copolar antenna pattern: it there is a ripple in this diagram in the main test, on the other hand, this electromagnetic field acts the feeding system back.
  • the shading has essentially an influence on the copolar antenna pattern: it there is a ripple in this diagram in the main beam direction and a change in the level of the sidelobes.
  • the antenna also has a higher cross polarization occur.
  • the effect on the food system due to the near field emitted by the reflector has essentially an influence on the cross-polar antenna pattern and the reflection factor of the overall system.
  • the shading can be reduced by using the Parts of the antenna system located near the field, i.e. the supports and the feed system as well as the cables, so transparent be designed as possible for the electromagnetic field; electrically conductive cladding is also possible, the additional scatter in the near field avoid and thus reduce the interference in the far field.
  • the near field can affect the feed system can be reduced by interfering or scattering bodies, e.g. small cone-shaped diffuser in the center of the reflector be used.
  • the scattering bodies are shaped so that the stray field and the The reflector reflected the near field in the area of the feed system overlay destructively, so here is a zero is produced. Nevertheless, this stray field is of course annoying also the far field.
  • the invention is based on the object of a centrally fed antenna system to modify so that the effects of shadowing and the Effects on the feed system can be significantly reduced; also should specify a process by which this can be achieved.
  • the actual shape of the effective surface of the reflector system is determined in a computer with the help of a software program.
  • First the surface shape of the reflector is based on a program calculated based on the requirements for the copolar far field, whereby initially the effects of the reaction between the reflector surface and the feed system be ignored.
  • a program is known and will be commonly referred to as a PO program, i.e. Physical optics; see. about “Stig Busk Sorensen: Manual for POS, Physical Optics Single reflector shaping program. TICRA engineering consultants, Copenhagen, Denmark, June 1995 ". This gives you a calculation model of one to the requirements regarding the copolar far field adapted antenna system.
  • This calculation model is then based on an optimization program, which is effective on essentially the whole Reflector surface is used, optimized to that the repercussions of the near field on the food system essentially brought to zero without that through this optimization the properties of the copolar Far field are changed significantly.
  • a centrally fed antenna system 1 is shown in FIG a single reflector 2 and a feed system, in this Trap a horn 3 shown, the horn over four Supports 4 is held centrally above the reflector 2 and over Cable 5 is fed.
  • the reflector 2 is a parabolic reflector, which according to conventional Methods is designed to provide a desired coverage area 6 ( Figure 4) is sufficiently illuminated.
  • the antenna system 1 is e.g. on a communications satellite used so that the coverage area is a certain Area on the earth's surface.
  • the supports 4 as struts with a honeycomb structure made of fiber-reinforced plastic manufactured.
  • Aramid fibers are preferably used as fibers.
  • the horn 3 is covered with a reflective film, e.g. an aluminum foil, roughly wrapped, which in particular serves to reflect the near field on sharp edges etc. to prevent.
  • the surface of the parabolic reflector is first of all with the help of a software program calculated so that the far field the desired coverage area of the antenna system 6 covered. This is done e.g. with the help of the above PO program.
  • the deviations calculated therewith are the optimized ones Reflector surface opposite the preformed reflector surface shown.
  • the data apply to an antenna reflector with a diameter of 100 cm and a Distance of the horn aperture above the center of the parabolic reflector of 40 cm.
  • the frequency band lies with this antenna between 5.8 and 6.4 GHz with double linear polarization.
  • the deviations of the optimized shown in Figure 2 Reflector 2 from the preformed parabolic shape are between -1.74 mm and +4.41 mm.
  • the reflection factor of the overall system is in Reference to the reference system with a preformed parabolic reflector shown in the frequency band between 5.6 and 6.5 GHz.
  • the curve for the reference system shown in copolarization With 7 here is the curve for the reference system shown in copolarization; with 8 is the corresponding curve for the optimized antenna system according to FIGS. 1 and 2 shown. You can see that the values here are significantly better are.
  • the curve for the cross polarization is still shown for the antenna system according to the invention.
  • the mean amplitude for the overall system is at about 22 dB.
  • FIG. 4 there are antenna diagrams in each case over the coverage area 6 for the reference system with parabolic reflector and for the antenna system according to the invention:
  • Figures 4a and 4b show the copolar antenna patterns for the reference system or the system according to the invention, the lines are given the respective dB values are.
  • 4a is clear for the reference system an area approximately in the middle of the covering surface 6 10, which is delimited by a line with 24 dB is.
  • Such an area is in FIG. 4b in the antenna system not available according to the invention.
  • the entire Covering system in the antenna system according to the invention is almost bounded by a range with a dB value of 24.
  • optimizing the overall Surface of the antenna reflector according to the invention that copolar far field can be better designed.
  • the through the Attenuation caused by the horn, the struts and the cables Disorders of the copolar field are resolved with the An tennis system according to the invention greatly reduced.
  • FIG 4c is the antenna diagram of the reference system shown in the cross polarization
  • Figure 4d that of Antenna system according to the invention.
  • a significant improvement the antenna properties can be achieved, i.e. that by optimizing essentially the entire reflector surface the influences of the retroactive effect of the near field the feeding system can be reduced.
  • the overall system is improved so that the disturbing influences due to damping and feedback act on the feeding system like an equivalent one Interferers of more than - 30 dB.
  • the values are in the table at the end of the description for the maximum total reflection factor, the minimum gain at the edge of the illuminated cover area, the minimum Gain within the coverage area in the frequency band between 5.854 and 6.298 GHz, the maximum Cross polarization over the entire coverage area and the minimal cross polarization discrimination XPD, i.e. a Point-by-point correlation between co and cross polarization on the entire illuminated area also listed in the frequency band between 5.854 and 6.298, once for a reference parabolic antenna, then for a parabolic antenna with a central one Disruptive body and finally for an antenna system whose Reflector according to the invention over the entire surface was reshaped.
  • the antenna properties in cross polarization, due to the retroactive effect of the near field the feeding system can be created with a postforming of the entire reflector surface can be designed better than with the use of disruptive bodies.
  • the antenna properties in copolarization on the edge of the covering area are in a reflector surface optimized according to the invention better than when using interfering bodies.
  • the disruptive body disrupt the entire field that originally was designed under copolar requirements.
  • antenna systems with double reflectors i.e. according to a sub-reflector and a main reflector optimize the invention.
  • the sub-reflector irradiated over the entire system Surface optimized to affect the feed system to minimize and optimally illuminate the main reflector.
  • the main reflector becomes like this again optimizes that the maximum of copolarization on the coverage area maximum and the effect on the subreflector is minimal.
  • the optimization agrees very well with the analysis, ie the measured properties of the antenna system agree very well with the previously calculated properties.
  • the method thus provides a very effective tool for constructing antenna systems without complicated and lengthy tests.
  • Y Measurement maximum total reflection factor between 5,850 and 6,425 GHz -15.0 dB -22.0 dB -21.2 dB -23.9 dB Measurement : minimal gain at the edge of the footprint between 5,854 and 6,298 GHz (without cable losses) 23.11 dBi 23.69 dBi 22.95 dBi 23.10 dBi 23.86 dBi 23.73 dBi Measurement : minimum gain within the footprint between 5,854 and 6,298 GHz (without cable losses) 23.17 dBi 23.58 dBi 23.00 dBi 23.09 dBi 23.96 dBi 23.85 dBi Measurement : maximum cross polarization over the entire illumination area between 5,854 and 6,298 GHz (without cable losses) +3.64 dBi +4.76 dBi -1.11 dBi -0.29 dBi -4.37 dBi -5.32 dBi Measurement

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zentral gespeistes Antennensystem und ein Verfahren zum Optimieren eines solchen Antennensystems.
Derartige Antennensysteme sind üblicherweise Systeme mit einem Einfachreflektor und einem Speisesystem, wobei jedoch auch Doppelreflektoren-Systeme bekannt sind, bei denen das Speisesystem einen Subreflektor bestrahlt, der seinerseits einen Hauptreflektor ausleuchtet. Im folgenden wird stets von einem Einfachreflektor-Antennensystem gesprochen; jedoch sind die Ausführungen stets auch für ein Doppelreflektor-Antennensystem möglich.
Im Vergleich zu einer Antenne mit einem Einfachreflektor und einem Offset-Speisesystem sind zentral gespeiste Antennensysteme mit einem Einfachreflektor baulich kompakter. Hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften hat eine zentral gespeiste Antenne keine Offset-Kreuzpolarisation und erzeugt dadurch weniger Kreuzpolarisation als ein Antennensystem mit einem Einfachreflektor und einem Offset-Speisesystem. Jedoch haben zentral gespeiste Antennen zwei wesentliche Nachteile hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften: Zum einen wird das von dem Reflektor ausgehende elektromagnetische Feld durch das Speisesystem, die Stützen für das Speisesystem und die Speisekabel abgeschattet, zum anderen wirkt dieses elektromagnetische Feld auf das Speisesystem zuruck. Die Abschattung hat im wesentlichen einen Einfluß auf das copolare Antennendiagramm: es ergibt sich eine welligkeit dieses Diagrammes in Haupttet, zum anderen wirkt dieses elektromagnetische Feld auf das Speisesystem zurück. Die Abschattung hat im wesentlichen einen Einfluß auf das copolare Antennendiagramm: es ergibt sich eine Welligkeit dieses Diagrammes in Hauptstrahlrichtung und eine Änderung des Niveaus der Nebenkeulen. Im Falle einer zirculapolarisierten zentralgespeisten Antenne wird hierdurch zusätzlich eine höhere Kreuzpolarisation auftreten. Die Rückwirkung auf das Speisesystem durch das von dem Reflektor abgestrahlte Nahfeld hat im wesentlichen einen Einfluß auf das kreuzpolare Antennendiagramm und den Reflexionsfaktor des Gesamtsystemes.
Die Abschattung kann dadurch reduziert werden, dass die im Nahfeld liegenden Teile des Antennensystems, also die Stützen und das Speisesystem sowie die Kabel, so durchsichtig wie möglich für das elektromagnetische Feld gestaltet werden; außerdem sind elektrisch leitende Verkleidungen möglich, die zusätzliche Streuungen im Bereich des Nahfeldes vermeiden und damit auch die Störung im Fernfeld reduzieren.
Die Rückwirkung des Nahfeldes auf das Speisesystem kann durch Stör- oder Streukörper vermindert werden, z.B. kleine konusförmige Streukörper, die in das Zentrum des Reflektors eingesetzt werden. Die Streukörper werden hierbei so geformt, dass das hiervon ausgehende Streufeld und das vom Reflektor reflektierte Nahfeld sich im Bereich des Speisesystems destruktiv überlagern, so dass hier eine Nullsrelle erzeugt wird. Trotzdem stört dieses Streufeld natürlich auch das Fernfeld.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zentral gespeistes Antennensystem so zu modifizieren, dass die Auswirkungen der Abschattung und der Rückwirkung auf das Speisesystem deutlich reduziert werden; außerdem soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem dieses erreicht werden kann.
Diese Aufgaben sind für ein zentral gespeistes Antennensystem durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst; für ein Verfahren sind diese Aufgaben durch die Merkmale des weiteren unabhängigen Patentanspruches gelöst.
Demgemäß wird im wesentlichen die gesamte wirksame Reflektoroberfläche so geformt, dass entsprechend der Fernfeldanforderung das Maximum des copolaren Fernfeldes auf der beleuchteten Bedeckungsfläche liegt und das Minimum des copolaren Nahfeldes bei dem Speisesystem liegt, z.B. an der Apertur eines Homes.
Die grundsätzliche Möglichkeit zur Beeinflussung des Nahfeldes oder Fernfeldes von Antennen durch geformte Reflektoroberflächen ist z.B. aus DIJK J AND MAANDERS EJ: 'OPTIMISING THE BLOCKING EFFICIENCY IN SHAPED CASSEGRAIN SYSTEMS' ELECTRONICS LETTERS, Bd. 4, Nr. 18, 6. September 1968 (1968-09-06), Seiten 372-373, XPOO2118526 London, UK oder DUCHESNE L ET AL: 'Center fed single reflector contoured beam antenna with dual linear polarisation' ANTENNEN, 21. - 24. April 1998, Seiten 11-16, XPOO2118527 MUNCHEN, GERMANY bekannt.
Die tatsächliche Gestalt der wirksamen Oberfläche des Reflektorsystemes wird in einem Rechner mit Hilfe eines Software-Programmes bestimmt. Zunächst wird anhand eines Programmes die Oberflächengestalt des Reflektors anhand der Anforderungen an das copolare Fernfeld errechnet, wobei zunächst die Einflüsse der Rückwirkung zwischen Reflektorfläche und Speisesystem vernachlässigt werden. Ein derartiges Programm ist bekannt und wird allgemein als PO-Programm bezeichnet, d.h. Physical Optics; vgl. etwa "Stig Busk Sorensen: Manual for POS, Physical Optics Single reflector shaping program. TICRA engineering consultants, Copenhagen, Denmark, June 1995". Damit erhält man ein Rechenmodell eines an die Anforderungen hinsichtlich des copolaren Fernfeldes angepaßten Antennensystemes.
Dieses Rechenmodell wird dann anhand eines Optimierungsprogrammes, welches auf die im wesentlichen gesamte wirksame Reflektorfläche angewendet wird, dahingehend optimiert, dass die Rückwirkungen des Nahfeldes auf das Speisesystem im wesentlichen auf den Wert Null gebracht werden, ohne dass durch diese Optimierung die Eigenschaften des copolaren Fernfeldes wesentlich verändert werden.
Mit einem solchen Verfahren, die gesamte wirksame Antennenfläche zu optimieren, werden der Reflexionsfaktor des gesamten Systems und die Eigenschaften in Co- und Kreuzpolarisation wesentlich verbessert.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:
Figur 1
eine schematische perspektivische Ansicht einer zentral gespeisten Antenne mit einem Horn als Speisesystem und einem Einfachreflektor, dessen Oberfläche gemäß der Erfindung geformt ist;
Figur 2
eine schematische perspektivische Darstellung der Abweichung der Oberflächengestalt des gemäß der Erfindung geformten Reflektors von einem üblichen Parabolreflektor;
Figur 3
eine Darstellung des Reflexionsfaktors des Gesamtsystemes für ein Referenzsystem mit einem Parabolreflektor für die Polarisation in X-Richtung und für ein Antennensystem gemäß der Erfindung für die Polarisationen in X- und Y-Richtung;
Fig. 4a bis 4d
Gegenüberstellungen der Antennendiagramme in Elevation und Azimut über der Bedeckungsflähe in Co- und Kreuzpolarisation für ein Referenzsystem und ein Antennensystem gemäß der Erfindung.
In Figur 1 ist ein zentral gespeistes Antennensystem 1 mit einem Einfachreflektor 2 und einem Speisesystem, in diesem Falle einem Horn 3 dargestellt, wobei das Horn über vier Stützen 4 mittig über dem Reflektor 2 gehalten ist und über Kabel 5 gespeist wird.
Der Reflektor 2 ist ein Parabolreflektor, der nach herkömmlichen Methoden so ausgelegt ist, dass eine gewünschte Bedeckungsfläche 6 (Figur 4) ausreichend ausgeleuchtet wird. Das Antennensystem 1 wird z.B. auf einem Nachrichtensatelliten eingesetzt, so dass die Bedeckungsfläche ein bestimmtes Gebiet auf der Erdoberfläche ist.
Um die Dämpfung des Fernfeldes durch das Horn, die Stützen und das Kabel zu reduzieren, werden die Stützen 4 als Streben mit einer Wabenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt. Als Fasern werden bevorzugt Aramitfasern verwendet. Das Horn 3 wird mit einer reflektierenden Folie, z.B. einer Aluminiumfolie, grob umhüllt, was insbesondere dazu dient, Reflexionen des Nahfeldes an scharfen Kanten etc. zu verhindern.
Die Oberfläche des Parabolreflektors wird zunächst mit Hilfe eines Software-Programmes so berechnet, dass das Fernfeld des Antennensystemes die gewünschte Bedeckungsfläche 6 überdeckt. Dies erfolgt z.B. mit Hilfe des oben genannten PO-Programmes.
Anschließend wird ein ebenfalls rechnergestützter Optimierungsprozeß mit Hilfe eines Optimierungsprogrammes vorgenommen, mit dem im wesentlichen die gesamte Reflektorfläche Punkt für Punkt optimiert wird, um einmal die Bedingungen im Nahfeld und zum anderen diejenigen im Fernfeld zu optimieren. Die Bedingung im Nahfeld lautet im wesentlichen, dass die Fläche so gestaltet wird, dass sich an der Apertur des Hornes im copolaren Nahfeld eine Nullstelle ergibt, und dass auf der Bedeckungsfläche im copolaren Fernfeld ein Maximum erzeugt wird.
In Figur 2 sind die damit errechneten Abweichungen der optimierten Reflektorfläche gegenüber der vorgeformten Reflektorfläche dargestellt. Die Daten gelten für einen Antennenreflektor mit einem Durchmesser von 100 cm und einem Abstand der Hornapertur über dem Zentrum des Parabolreflektors von 40 cm. Das Frequenzband liegt bei dieser Antenne zwischen 5,8 und 6,4 GHz bei zweifach linearer Polarisation. Die in Figur 2 gezeigten Abweichungen des optimierten Reflektors 2 von der vorgeformten Parabolform liegen zwischen -1,74 mm und +4,41 mm.
In Figur 3 ist der Reflexionsfaktor des Gesamtsystemes in Bezug zu dem Referenzsystem mit einem vorgeformten Parabolreflektor in dem Frequenzband zwischen 5,6 und 6,5 GHz gezeigt. Mit 7 ist hierbei die Kurve für das Referenzsystem in Copolarisation gezeigt; mit 8 ist die entsprechende Kurve für das optimierte Antennensystem gemäß den Figuren 1 und 2 gezeigt. Man sieht, dass die Werte hier deutlich besser sind. Mit 9 ist weiterhin die Kurve für die Kreuzpolarisation für das Antennensystem gemäß der Erfindung dargestellt. Die mittlere Amplitude für das Gesamtsystem liegt bei etwa 22 dB.
In Figur 4 sind jeweils Antennendiagramme über der Bedekkungsfläche 6 für das Referenzsystem mit Parabolreflektor und für das Antennensystem gemäß der Erfindung dargestellt: Die Figuren 4a und 4b zeigen die copolaren Antennendiagramme für das Referenzsystem bzw. das System gemäß der Erfindung, wobei die Linien mit den jeweiligen dB-Werten versehen sind. Für das Referenzsystem gemäß Figur 4a ist deutlich etwa in der Mitte der Bedeckungsfläche 6 ein Bereich 10 zu erkennen, der durch eine Linie mit 24 dB begrenzt ist. Ein derartiger Bereich ist in Figur 4b bei dem Antennensystem gemäß der Erfindung nicht vorhanden. Das gesamte Bedeckungssystem bei dem Antennensystem gemäß der Erfindung wird quasi von einem Bereich mit dem dB-Wert von 24 umgrenzt. Insgesamt kann mit einer Optimierung der gesamten Oberfläche des Antennenreflektors gemäß der Erfindung das copolare Fernfeld besser gestaltet werden. Die durch die Dämpfung durch das Horn, die Streben und die Kabel hervorgerufenen Störungen des copolaren Feldes werden mit dem An tennensystem gemäß der Erfindung stark reduziert.
In Figur 4c ist das Antennendiagramm des Referenzsystemes in der Kreuzpolarisation gezeigt, in Figur 4d dasjenige des Antennensystems gemäß der Erfindung. Hier sieht man ganz deutlich, dass mit der Erfindung eine wesentliche Verbesserung der Antenneneigenschaften erreicht werden, d.h. dass durch die Optimierung der im wesentlichen gesamten Reflektorfläche die Einflüsse der Rückwirkung des Nahfeldes auf das Speisesystem reduziert werden.
Insgesamt wird das Gesamtsystem so verbessert, dass die störenden Einflüsse durch die Dämpfung und die Rückwirkung auf das Speisesystem etwa so wirken, wie ein äquivalenter Störer von mehr als - 30 dB.
In der Tabelle am Schluß der Beschreibung sind die Werte für den maximalen Gesamtreflexionsfaktor, den minimalen Gewinn am Rand der ausgeleuchteten Bedeckungsfläche, den minimalen Gewinn innerhalb der Bedeckungsfläche in dem Frequenzband zwischen 5,854 und 6,298 GHz, die maximale Kreuzpolarisation auf der gesamten Bedeckungsfläche und die minimale Kreuzpolarisationsdiskrimination XPD, d.h. eine Punkt-für-Punkt-Korrelation zwischen Co- und Kreuzpolarisation auf der gesamten ausgeleuchteten Bedeckungsfläche ebenfalls im Frequenzband zwischen 5,854 und 6,298 aufgelistet, und zwar einmal für eine als Referenz dienende Parabolantenne, dann für eine Parabolantenne mit einem zentralen Störkörper und schließlich für ein Antennensystem, deren Reflektor gemäß der Erfindung über die gesamte Oberfläche nachgeformt wurde.
Man sieht, dass die Antenneneigenschaften in der Kreuzpolarisation, die aufgrund der Rückwirkung des Nahfeldes auf das Speisesystem erzeugt werden, mit einer Nachformung der gesamten Reflektoroberfläche besser ausgelegt werden können als mit der Anwendung von Störkörpern. Die Antenneneigenschaften in Copolarisation am Rande der Bedeckunqsflache sind bei einer entsprechend der Erfindung optimierten Reflektorfläche besser als bei einer Anwendung von Störkörpern. Die Störkörper stören das gesamte Feld, das ursprünglich unter copolaren Anforderungen ausgelegt war. Hingegen entspricht die gemäß der Erfindung nachgeformte Oberfläche des Reflektors einem optimalen Kompromiß zwischen der copolaren Antenneneigenschaft und der Reduktion der Rückwirkung auf das Speisesystem.
Insgesamt führt die Nachformung der gesamten Reflektoroberfläche überwiegend zu besseren elektrischen Eigenschaften als die Anwendung von Streukörpern.
Auch wenn im Vorhergehenden nur die Optimierung eines Antennensystemes mit einem Einfachreflektor geschildert wurde, sind natürlich auch Antennensysteme mit Doppelreflektoren, d.h. einem Subreflektor und einem Hauptreflektor gemäß der Erfindung zu optimieren. Hierbei wird zunächst der von dem Speisesystem bestrahlte Subreflektor über die gesamte Oberfläche optimiert, um die Rückwirkung auf das Speisesystem zu minimieren und den Hauptreflektor optimal auszuleuchten. Anschließend wird der Hauptreflektor wiederum so optimiert, dass das Maximium der Copolarisation auf der Bedeckungsfläche maximal und die Rückwirkung auf den Subreflektor minimal ist.
Bei allen Verfahren gemäß der Erfindung stimmt die Optimierung sehr gut mit der Analyse überein, d.h. die gemessenen Eigenschaften des Antennensystems stimmen sehr gut mit den zuvor berechneten Eigenschaften überein. Damit ist mit dem Verfahren ein sehr wirksames Werkzeug zur Verfügung gestellt, um Antennensysteme ohne komplizierte und langwierige Versuche zu konstruieren.
ursprüngliche Reflektoroberfläche ohne Streukörper ursprüngliche Reflektoroberfläche mit ⊘90mm Platte Pos. 356.4 nachgeformte Reflektoroberfläche
Pol. X Pol. Y Pol. X Pol. Y Pol. X Pol. Y
Messung: maximaler Gesamtreflexionsfaktor zwischen 5.850 und 6.425 GHz -15.0 dB -22.0 dB -21.2 dB -23.9 dB
Messung: minimaler Gewinn am Rand vom Ausleuchtgebiet zwischen 5.854 und 6.298 GHz (ohne Kabel Verluste) 23.11 dBi 23.69 dBi 22.95 dBi 23.10 dBi 23.86 dBi 23.73 dBi
Messung: minimaler Gewinn innerhalb vom Ausleuchtgebiet zwischen 5.854 und 6.298 GHz (ohne Kabel Verluste) 23.17 dBi 23.58 dBi 23.00 dBi 23.09 dBi 23.96 dBi 23.85 dBi
Messung: maximaler Kreuzpolarisation auf dem gesamten Ausleuchtgebiet zwischen 5.854 und 6.298 GHz (ohne Kabel Verluste) +3.64 dBi +4.76 dBi -1.11 dBi -0.29 dBi -4.37 dBi -5.32 dBi
Messung: minimale XPD auf dem gesamten Ausleuchtgebiet zwischen 5.854 und 6.298 GHz (ohne Kabel Verluste) 21.87 dB 19.90 dB 26.06 dB 24.80 dB 29.44 dB 29.82 dB

Claims (7)

  1. Zentral gespeistes Antennensystem mit einem Speisesystem und einem, eine Bedeckungsfläche beleuchtenden Reflektorsystem, das mindestens einen Parabolreflektor mit einer strukturierten Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Parabolreflektors (2) in radialer Richtung Erhebungen und Senken aufweist, denen zumindest teilweise in Umfangsrichtung weitere Erhebungen und Senken überlagert sind und im wesentlichen die gesamte Struktur der Reflektoroberfläche mit den Erhebungen und Senken so ausgelegt ist, dass das Maximum des copolaren Femfeldes auf der Bedeckungsfläche (6) liegt und das Minimum des copolaren Nahfeldes an dem Speisesystem (3) liegt.
  2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoroberfläche dergestalt geformt ist, daß bei der Optimierung des Nahfeldes zur Reduzierung der Rückwirkung auf das Speisesystem das copolare Fernfeld im wesentlichen nicht verändert wird.
  3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisesystem (3) einen geringen Aperturdurchmesser aufweist.
  4. Antennensysten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisesystem (3) mit Stützen (4) abgestützt ist, die eine Wabenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff haben.
  5. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektorssystem einen Hauptreflektor und einen Subreflektor aufweist, wobei sowohl die Oberfläche des Hauptreflektors als auch des Subreflektors Erhebungen und Senken aufweist.
  6. Verfahren zum Optimieren eines zentral gespeisten Antennensystems mit einem Speisesystem und einem, eine Bedeckungsfläche beleuchtenden Reflektorsystem mit mindestens einem Reflektor,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Festlegung einer parabolförmigen Oberfläche für mindestens einen Reflektor,
    Errechnung des Fernfeldes des Antennensystems mit Hilfe eines ersten Rechenprogramms,
    Verformung im wesentlichen der gesamten Reflektoroberfläche mit Hilfe eines zweiten Rechenprogramms unter Bildung von Erhebungen und Senken in radialer Richtung und zumindest teilweise in Umfangsrichtung derart, dass im Bereich des Speisesystems ein Minimum des copolaren Nahfeldes erzeugt wird und das Maximum des copolaren Fernfeldes auf der Bedeckungsfläche liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Optimierung einer Subreflektor-Oberfläche und anschließend eine Optimierung einer Hauptreflektor-Oberfläche des Reflektorsystems erfolgt.
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