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EP1384287B1
EP1384287B1 EP02735053A EP02735053A EP1384287B1 EP 1384287 B1 EP1384287 B1 EP 1384287B1 EP 02735053 A EP02735053 A EP 02735053A EP 02735053 A EP02735053 A EP 02735053A EP 1384287 B1 EP1384287 B1 EP 1384287B1
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waveguide
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reflector
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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
    • H01Q19/12—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
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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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for exciting a centrally focused reflector antenna.
  • the application of the arrangement extends to the areas of aging Communication technology for stationary, portable and mobile transceiver systems high-frequency electromagnetic radiation sources, especially of geostationary and orbiting satellite systems at landund mobile sources as well as point-to-point radio relay transmission or the point-to-multipoint radio relay transmission of security, radar and non-contact sensor technology.
  • Known arrangements for excitation of a centrally focused reflector antenna system use either a grooved horn or a flat-widened waveguide section as the excitation system at the waveguide end.
  • the excitation system is arranged in the focal point, the phase center, the reflector antenna and is intended to illuminate it optimally. Of particular importance is the largely uniform illumination of the reflector with uniform phase assignment.
  • Known arrangements for the purpose of excitation of a reflector antenna system and its beam swiveling use an excitation system in the focal point of the reflector antenna or in the vicinity of the focal point arranged excitation system, which consists of discrete single radiators (ARRAY) or a combination of such an array, which is excited by another system becomes.
  • ARRAY discrete single radiators
  • the required sealing is due to the structural conditions of the waveguide system against environmental influences only by additional and to achieve complex components, which may be the Functionality of the excitation system can also affect.
  • the known excitation systems with non-reactive Subsequent modules, for example down-converters can be combined. That means there are generally additional expenses for optimal Adaptation of such a known excitation system to the subsequent assembly the associated costs required.
  • the object of the invention is therefore to provide an inexpensive arrangement field-optimized and broadband excitation of centrally focused reflector antennas in their focus, the phase center, with simultaneous non-reactive Connection with subsequent assemblies and improved environmental sealing of the Provide waveguide and adaptation of the excitation system to the respective To ensure reflector geometry (F / D ratio) and thus the Design of the radiation diagram with the functionality of changing the Field distribution at the waveguide end specific to the reflector system of the shape above to influence that no retroactive effect in the Hohiletter and thus on the Follower assembly is caused.
  • the arrangement according to the invention has the particular advantage that that field-optimized and broadband excitation is more centrally focused Reflector antennas in their focal point is guaranteed by the dielectric field transformers are not mechanically moved Components required.
  • the overall arrangement is highly mechanical Precision can be manufactured inexpensively with little effort and points beyond also a high tolerance towards different Environmental conditions such as temperature, humidity and aggressive media.
  • the arrangement of a dielectric carrier in the vicinity of the dielectric field transformer and the Arrangement of passive, easy to control spotlight components on the dielectric carrier a loss and field-optimal change in the broadband Excitation field of the field transformer possible without mechanical moving components are required and without the dielectric support must be mechanically connected to the field transformer.
  • the arrangement according to the invention consists of a butt-terminating waveguide 1, which is terminated on one side with a dielectric field transformer 2, which partially protrudes into the waveguide 2 and whose geometry is based on the reflector system used. -corresponds or is adapted to this.
  • the waveguide 1 has at its other end a mounting platform 3 for subsequent assemblies 8.
  • the dielectric field transformer 2 influences the E components of the alternating electromagnetic field in the direction of propagation in such a way that the original wave field at the other end of the waveguide 1 is deformed in such a way that a uniform, in particular circular expansion of the resulting radiation field of the waveguide 1 and a selectable power distribution on the reflector can be achieved. This causes a drastic increase in the efficiency of the entire arrangement.
  • a preferred embodiment of the arrangement according to the invention provides the subsequent assembly 8 is not mechanically rigid with the waveguide 1 and Assembly platform 3 to connect, but rather rotatable and mechanically fixable to arrange the axis of symmetry of the reflector 6. This is combined with the special advantage that if all are retained Functionalities of the system without changing the position of the whole Antenna arrangement, in particular the reflector 6, any Polarization rotations In relation to the orthogonal arrangement of H / E vector to the normal plane of the earth - here in particular the so-called skew angle - compensate by rotating the subsequent assembly 8.
  • the dielectric field transformer 2 also has the advantage that that for a wide range, the field influence is almost is uniform and at the same time a transformation of the waveguide wave mode in the free space mode is realized, making the arrangement more dielectric Field transformer 2 / waveguide 1 without repercussions on a subsequent system can be connected.
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the invention with the holder 4 shown here folded in for the accommodation of a reflector, the dielectric field transformer 2 and the mounting platform 3 provided for subsequent modules.
  • FIG. 4 shows the rear view of this arrangement in which the mounting platform 3 is designed as an equilateral triangular surface 5 in order to minimize shadowing in the mirror.
  • FIG. 5 shows the arrangement according to the invention with the reflector mounted.
  • the subreflector with a circular aperture 6 is mounted on the brackets 4 by means of the supports 7.
  • the subsequent assemblies 8 are fastened to the assembly platform 3 by means of a screw connection.
  • the arrangement according to the invention is positioned in the axis of rotation of the reflector 6 and with the dielectric field transformer 2 at the level of the focal point of the reflector 6.
  • a carrier board 9 is arranged in the vicinity of the dielectric field transformer 2 by means of screwed-on spacers 11.
  • the dielectric carrier board 9 has a bore 12 with a diameter suitable for the dielectric field transformer 2 at the location of the field transformer 2 and is arranged plane-parallel to the mounting platform 3 without a direct mechanical or electrical connection to the dielectric field transformer 2.
  • the dielectric carrier board 9, on which the passive radiator components and switching elements 10 are arranged, has the effect that the source field originating from the dielectric field transformer 2 is only slightly influenced, due to the openings in the dielectric carrier board 9, with the result that the penetrating one Field and thus the entire antenna arrangement are only slightly attenuated and thus extremely high efficiency is still available.
  • a further advantage of this embodiment of the arrangement is that simple mechanical arrangement options for different antenna arrangements allow both the optimum illumination and thus the high efficiency of the entire antenna arrangement to be achieved while at the same time influencing the radiation characteristic, which in particular leads to a significant reduction in the necessary reflector area 6 leads conventional beam swiveling systems.
  • FIG. 6 shows the dielectric carrier 9 in a top view. This is fastened to the mounting platform 3 with the screwable spacers 11.
  • the dielectric carrier 9 contains in its center a circular bore 12, the diameter of which corresponds to the dielectric field transformer 2.
  • Parasitic (passive) radiators with switching components 10 are arranged around the bore 12 of the dielectric carrier 9. In FIG. 6 , these are arranged, for example, in a uniform distribution at an angle of 90 ° in each case, the elements each consisting of a pair of radiators which are positioned orthogonally to one another.
  • a control block 13, consisting of standard components, is arranged on the dielectric carrier 9 and takes over the control of the switching components. The control block is connected with a cable 14 to further subsequent assemblies.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erregung einer zentralfokussierten Reflektorantenne.
Die Anwendung der Anordnung erstreckt sich vor altern auf die Bereiche der Kommunikationstechnik bei stationären, portablen und mobilen Sende-Empfangssystemen hochfrequenter elektromagnetischer Strahlungsquellen, insbesondere von geostationären und umlaufenden Satellitensystemen, bei landund luftmobilen Quellen sowie bei der Punkt zu-Punkt-Richtfunkübertragung oder der Punkt-zu-Mehrpunkt-Richtfunkübertragung der Sicherheits-, Radar- und berührungslosen Sensortechnik.
Bekannte Anordnungen zur Erregung eines zentralfokussierten Reflektorantennensystems nutzen als Erregersystem am Hohlleiterende entweder ein Rillenhorn oder ein flachaufgeweitetes Hohlleiterstück.
Das Erregersystem wird im Brennpunkt, dem Phasenzentrum, der Reflektorantenne angeordnet und soll diese optimal ausleuchten. Von besonderer Bedeutung ist dabei die weitgehend gleichmäßige Ausleuchtung des Reflektors bei gleichmäßiger Phasenbelegung.
Bekannte Anordnungen zum Zweck der Erregung eines Reflektorantennensystems und dessen Strahlschwenkung nutzen ein Erregersystem im Brennpunkt der Reflektorantenne oder in der Nähe des Brennpunktes angeordnetes Erregersystem, welches aus diskreten Einzelstrahlern besteht (ARRAY) bzw. aus einer Kombination eines solchen Arrays, welches durch ein weiteres System angeregt wird.
Die dazu bekannten technischen Lösungen erreichen durch die Funktionalitäten des Rillenerregersystems oder des flachaufgeweiteten Hohlleiters keine optimale Feldvertellung im Reflektorsystem beziehungsweise keine optimale Ausleuchtung. Sinngemäß trifft dies auch für Erregersysteme zum Zwecke der Beeinflussung der Strahlungscharakteristik der Antenne zu, wobei sich hier insbesondere erhebliche Einbußen in Bezug auf den Gewinn bzw. die Systemgüte ergeben oder hingenommen werden müssen. Dies trifft gleichermaßen auf die Unterdrückung unerwünschter Nebenkeulen zu.
Bedingt durch die konstruktiven Gegebenheiten ist die erforderliche Versiegelung des Hohlleitersystems gegen Umwelteinflüsse nur durch zusätzliche und aufwendige Komponenten zu erreichen, welche unter Umständen die Funktionalität des Erregersystems auch noch beeinträchtigen können. Hinzu kommt, dass die bekannten Erregersysteme nicht rückwirkungsfrei mit Folgebaugruppen, zum Beispiel Down-Konvertem, kombiniert werden können. Das heißt es sind im allgemeinen zusätzliche Aufwendungen zur optimalen Anpassung eines solchen bekannten Erregersystems an die Folgebaugruppe mit den damit verbundenen Kosten erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Anordnung zur feldoptimalen und breitbandigen Erregung zentralfokussierter Reflektorantennen in ihrem Brennpunkt, dem Phasenzentrum, bei gleichzeitiger rückwirkungsfreier Verbindung mit Folgebaugruppen und verbesserter Umweltversieglung des Hohlleiters bereitzustellen und Anpassung des Erregersystems an die jeweilige Reflektorgeometrie (F/D-Verhältnis) zu gewährleisten und um damit die Gestaltung des Strahlungsdiagrammes mit der Funktionalität der Änderung der Feldverteilung am Hohlleiterende spezifisch zum Reflektorsystem der Gestalt so zu beeinflussen, dass keine Rückwirkung in den Hohiletter und damit auf die Folgebaugruppe hervorgerufen wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung verbindet sich der besondere Vorzug, dass eine feldoptimale und breitbandige Erregung zentralfokussierter Reflektorantennen in ihrem Brennpunkt gewährleistet ist Durch den dielektrischen Feldtransformator sind keinerlei mechanisch bewegte Komponenten erforderlich. Die Anordnung insgesamt ist mit hoher mechanischer Präzision bei geringem Aufwand kostengünstig herstellbar und weist darüber hinaus auch eine hohe Toleranz gegenüber unterschiedlichen Umweltbedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchte und aggressiven Medien auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mit der Anordnung eines dielektrischen Trägers in der Nähe das dielektrischen Feldtransformabors und der Anordnung von passiven, einfach zu steuernden Strahlerkomponenten auf dem dielektrischen Träger eine verlust- und feldoptimale Änderung des breitbandigen Erregerfeldes des Feldtransformators möglich, ohne dass dabei mechanisch bewegte Komponenten erforderlich sind und ohne dass der dielektrische Träger mit dem Feldtransformator mechanisch verbunden werden muss.
Weitere Vorzüge ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Anordnung an Hand von Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1
den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
Fig. 2
die Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3
den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Halterung zur Montage eines kreisrunden Reflektors;
Fig. 4
die Rückansicht der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3,
Fig. 5
den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit montiertem Reflektor.
Fig. 6
Draufsicht auf den dielektrischen Träger
Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht die erfindungsgemäße Anordnung aus einem stumpf endenden Hohlleiter 1, der einseitig mit einem dielektrischen Feldtransformator 2 abgeschlossen ist, der zum Teil in den Hohlleiter 2 hineinragt und der in seiner Geometrie mit dem verwendeten Reflektorsystem. -korrespondiert bzw. diesem angepasst ist. Der Hohlleiter 1 weist an seinem anderen Ende eine Montageplattform 3 für Folgebaugruppen 8 auf. Der dielektrische Feldtransformator 2 beeinflusst die E-Komponenten des elektromagnetischen Wechselfeldes in Ausbreitungsrichtung derart, dass das originäre Wellenfeld am anderen Ende des Hohlleiters 1 so deformiert wird, dass eine gleichmäßige, insbesondere kreisförmige Aufweitung des resultlerenden Strahlungsfeldes des Hohlleiters 1 und eine wählbare Leistungsverteirung auf dem Reflektor erreicht werden. Dies bewirkt eine drastische Erhöhung des Wirkungsgrades der gesamten Anordnung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, die Folgebaugruppe 8 mechanisch nicht starr mit dem Hohlleiter 1 und der Montageplattform 3 zu verbinden, sondern diese vielmehr drehbar und mechanisch fixierbar um die Symmetrieachse des Reflektors 6 anzuordnen. Damit verbindet sich der besondere Vorzug, dass sich bei Beibehaltung aller Funktionalitäten des Systems ohne Änderung der Position der gesamten Antennenanordnung, insbesondere des Reflektors 6, beliebige Polarisationsdrehungen In Bezug auf die orthogonale Anordnung von H/E-Vektor zur Normalebene der Erde - hier insbesondere der sogenannte Skew-Winkel - durch Rotation der Folgebaugruppe 8 ausgleichen lassen.
Mit dem dielektrischen Feldtransformator 2 verbindet sich außerdem der Vorzug, dass für einen Bereich großer Bandbreite die Feldbeeinflussung nahezu gleichmäßig ist und gleichzeitig eine Transformation des Hohlleiter Wellenmodus in den Freiraum-Modus realisiert wird, wodurch die Anordnung dielektrischer Feldtransformator 2 / Hohlleiter 1 ohne Rückwirkungen an ein Folgesystem angeschlossen werden kann.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit der hier eingeklappt dargestellten Halterung 4 für die Aufnahme eines Reflektors, dem dielektrischen Feldtransformator 2 und der für Folgebaugruppen vorgesehenen Montageplattform 3.
Die Figur 4 zeigt die Rückansicht dieser Anordnung bei der zur Minimierung der Abschattung im Spiegel die Montageplattform 3 als gleichseitige Dreiecksfläche 5 ausgebildet ist.
in Figur 5 ist die erfindungsgemäße Anordnung mit montiertem Reflektor dargestellt. Der Subreflektor kreisrunder Apertur 6 ist mittels der Stützen 7 an den Halterungen 4 montiert. Die Folgebaugruppen 8 werden In dieser Ausführungsform der Erfindung mittels Schraubverbindung an der Montageplattform 3 befestigt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Rotationsachse des Reflektors 6 und mit dem dielektrischen Feldtransformator 2 in Höhe des Brennpunktes des Reflektors 6 positioniert.
Wie in Figur 5 ersichtlich, ist mittels verschraubten Abstandshaltern 11 eine Trägerplatine 9 In der Nähe des dielektrischen Feldtransformators 2 angeordnet. Die dielektrische Trägerplatine 9 weist an der Stelle des Feldtransformators 2 eine Bohrung 12 mit einem für den dielektrischen Feldtransformator 2 passenden Durchmesser auf und ist ohne direkte mechanische oder elektrische Verbindung zum dielektrischen Feldtransformator 2 planparallel zur Montageplattform 3 angeordnet.
Die dielektrische Trägerplatine 9, auf der die passiven Strahlerkomponenten und Schaltelemente 10 angeordnet sind, bewirkt, dass das vom dielektrischen Feldtransformator 2 herrührende Quellfeld, bedingt durch die Öffnungen in der dielektrischen Trägerplatine 9, nur gering beeinflusst wird, was zur Folge hat, dass das durchtretende Feld und somit die gesamte Antennenanordnung nur gering gedämpft werden und damit eine extrem hohe Effizienz weiterhin zur Verfügung steht. Gleichzeitig ist die Möglichkeit der Beeinflussung des vom dielektrischen Feldtransformator 2 herrührenden Quellfeldes dergestalt gegeben, dass sich die resultierende Strahlungscharakteristik der Antenne In den für die Anwendung gewünschten Grenzen variieren lässt. Ein weiterer Vorzug dieser Ausführungsform der Anordnung besteht darin, dass sich durch einfache mechanische Anordnungsmöglichkeiten für unterschiedliche Antennenanordnungen sowohl die optimale Ausleuchtung und damit der hohe Wirkungsgrad der gesamten Antennenanordnung bei gleichzeitiger Beeinflussung der Strahlungscharakteristik erreichen lassen, was insbesondere zu einer deutlichen Verkleinerung der notwendigen Reflektorfläche 6 gegenüber herkömmlichen strahlschwenkbaren Systemen führt.
Figur 6 zeigt den dielektrischen Träger 9 in der Draufsicht. Dieser ist mit den verschraubbaren Abstandshaltern 11 an der Montageplattform 3 befestigt. Der dielektrische Träger 9 enthält in seiner Mitte eine kreisrunde Bohrung 12, deren Durchmesser mit dem dielektrischen Feldtransformator 2 korrespondiert. Um die Bohrung 12 des dielektrischen Trägers 9 sind parasitäre (passive) Strahler mit Schaltkomponenten 10 angeordnet. In Figur 6 sind diese beispielhaft In gleichmäßiger Verteilung in einem Winkel von jeweils 90° angeordnet, wobei die Elemente zu jeweils einem Strahlerpaar bestehen, weiche orthogonal zueinander positioniert sind. Weiterhin ist auf dem dielektrischen Träger 9 ein Steuerblock 13, bestehend aus Standardkomponenten, angeordnet, der die Steuerung der Schaltkomponenten übernimmt. Der Steuerblock ist mit einem Kabel 14 mit weiteren Folgebaugruppen verbunden.
Bezugszeichenaufstellung
1
Hohlleiter
2
dielektrischer Feldtransformator
3
Montageplattform
4
Halterung
5
Dreiecksfläche
6
Reflektor
7
Stützen
8
Folgebaugruppe
9
dielektrische Trägerplatine
10
Strahlerkomponente/Schaftelemente
11
Abstandshalter
12
Bohrung
13
Steuerblock
14
Kabel

Claims (6)

  1. Anordnung zur Erregung einer zentralfokussierten Reflektorantenne mit einem Hohlleiter (1) und einem dielektrischen Träger (9), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hohlleiter (1) ein dielektrischer Feldtransformator (2) und der dielektrische Träger (9) vor dem Hohlleiter (1) in der Nähe des dielektrischen Feldtransformators (2) angeordnet ist ohne mit diesem mechanisch oder elektrisch verbunden zu sein, wobei der dielektrische Träger (9) in seiner Mitte eine kreisrunde Bohrung (12) aufweist, deren Durchmesser mit dem Durchmesser des dielektrischen Feldtransformators (2) korrespondiert, der dielektrische Feldtransformator (2) teilweise in die kreisrunde Bohrung (12) hineinragt und am Ende des Hohlleiters (1) eine Montageplattform (3) für Folgebaugruppen (8) ausgebildet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Feldtransformator (2) in seiner Geometrie dem jeweiligen Reflektorsystem angepasst ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Ausnahme des dielektrischen Feldtransformators (2) und der dielektrischen Trägerplatine (9) alle anderen Bauelemente der Anordnung aus Metall, vorzugsweise in einem Stück, gefertigt sind, wobei der Hohlleiter (1) in seinem Inneren eine Oberflächenrauhigkeit kleiner 0,5 µm aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplattform (3) Halterungen (4) aufweist an denen mittels Stützen (7) der Reflektor (6) angeordnet ist und die Folgebaugruppe (8) dreh- und fixierbar um die Symmetrieachse des Reflektors (6) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Träger vorzugsweise mittels verschraubbarer Abstandshalter (11) in metallischer oder dielektrischer Ausführung mit der Montageplattform (3) verbunden und planparallel zu dieser angeordnet ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem dielektrischen Träger (9) vorzugsweise durch Strahlungskopplung anregbare parasitäre (passive) Strahlerelemente mit Schaltkomponenten (10) einzeln oder in Paaren orthogonaler Ausrichtung mit pianarer oder dreidimensionaler Geometrie im Randbereich des Strahlenganges um die Bohrung (12) angeordnet sind.
EP02735053A 2001-04-21 2002-04-19 Anordnung zur erregung einer zentralfokussierten reflektorantenne Expired - Lifetime EP1384287B1 (de)

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