WO2015124142A1 - Reflektorantenne - Google Patents

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WO2015124142A1
WO2015124142A1 PCT/DE2015/100058 DE2015100058W WO2015124142A1 WO 2015124142 A1 WO2015124142 A1 WO 2015124142A1 DE 2015100058 W DE2015100058 W DE 2015100058W WO 2015124142 A1 WO2015124142 A1 WO 2015124142A1
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reflector
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elements
radiation
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Achim Dreher
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • 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
    • H01Q19/17—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 comprising two or more radiating elements
    • H01Q19/175—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 comprising two or more radiating elements arrayed along the focal line of a cylindrical focusing surface
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    • H01Q25/007—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns using two or more primary active elements in the focal region of a focusing device
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Definitions

  • the invention relates to a reflector antenna for receiving and emitting radiation, comprising a reflector for focusing the radiation on a
  • Focal plane of the reflector and arranged in the focal plane antenna array having a plurality of antenna elements.
  • the invention has application in the field of telecommunications, in particular for communication between mobile transceiver units via a satellite link; so that no ground infrastructure is required for communication.
  • the mobile transmitting receiving units can be arranged in aircraft, ships, vehicles.
  • transparent transponders are used for various applications in satellite communications, transparent transponders receive data and emit them directly and
  • transponders typically off in another frequency. They serve, in particular, to transmit data or signals between fixed and / or mobile transceiver units via a satellite or to emit data or signals transmitted by a ground station to the satellite, from there to a specific area on the earth.
  • the advantage of such transponders is that no additional ground infrastructure is required and the transceiver units can communicate with each other even though they are separated by terrestrial obstacles.
  • the size of the area illuminated by the antenna is determined by the directivity of the retodirective antenna. Because of their retrodirective nature, mobile transceivers can be automatically tracked independently of each other without having to estimate their direction with respect to the satellite. With sufficient performance of the transmitter and a corresponding interpretation of the link budget is also no additional power supply to the antenna required.
  • the elements arranged as an array are each connected in pairs to lines of the same length. The re-radiation takes place in this case without delay, and in the satellite no additional energy must be spent.
  • Reflector antenna comprises a reflector arrangement for focusing of
  • Antenna radiation in a focal plane as well as in the focal plane or in the
  • the term "vicinity of the focal plane” is understood to mean an arrangement of the antenna array at a distance from the focal plane which deviates by at most 10% from the corresponding focal plane focal length, taking account of tolerances and the fact that within certain limits Arrangement of the antenna array offset from the focal plane allows a meaningful power supply of the reflector antenna
  • the antenna array is preferably arranged in a plane extending parallel to the focal plane.
  • a planar antenna array is preferably used. To a beam swing in a larger
  • the reflector antenna comprises a control device with a beam shaping means, which can be activated and deactivated by the control device subarray comprising one or more antenna elements of the antenna array for receiving and / or transmitting antenna radiation and wherein in operation of the reflector antenna for a respective activated sub-array through the Beam shaping means is formed a radiation lobe for receiving and / or emitting antenna radiation.
  • the term "radiation lobe” designates the spatial region formed for the subarray, in which antenna radiation is emitted or received by the reflector antenna.
  • the bundling of the beam and thus the gain of an array antenna result from the number of elements and their distance from each other. To bridge long distances, such as from a geostationary satellite to earth, therefore, an array of numerous antenna elements is required. Moreover, for the reception of the signal, the relatively low gain of the individual antenna element in the respective direction of incidence is of importance. For a sufficient signal-to-noise ratio, therefore, high transmission powers or high-frequency transmission antennas with a correspondingly large aperture must be used on the transmitter side. Both are generally not available for mobile transceiver units.
  • the object of the invention is to provide a simple and inexpensive solution for a reflector antenna, which has a high flexibility in terms of the configuration of the antenna with respect to the direction of the emanating from the reflector antenna radiation. Furthermore, the reflector antenna should make it possible in a simple way to transmit high data rates from a mobile user (transmitting receiving unit) to other users.
  • the reflector antenna comprises a reflector for focusing the radiation on a focal plane of the reflector, and arranged in the focal plane antenna array having a plurality of antenna elements.
  • the proposed reflector antenna is characterized in that a control means is present, by means of which all in a first operating mode
  • Antenna elements or at least some of the antenna elements are short-circuited at their respective antenna output, and by means of which in a second
  • control means advantageously has a correspondingly suitable switch.
  • the switching between the two modes of operation allows an optimal (re-) configuration of the reflector antenna depending on the requirements.
  • the reflector antenna can also be optimally adjusted in each of the two operating modes.
  • Antenna elements are selected, which are shorted at its output.
  • the antenna elements can be selected as required, which are connected in pairs.
  • the reflector serves to focus antenna radiation in the focal plane.
  • the antenna array is in the focal plane or in an environment of the focal plane
  • focal plane herein also includes the aforementioned environment of the focal plane. is an arrangement of the antenna array to be understood with a distance to the focal plane, which deviates by more than 10% from the corresponding focal length of the focal plane. It should thereby tolerances are taken into account and the fact that, within certain limits, an arrangement of the antenna array offset from the focal plane allows a meaningful power supply of the reflector antenna. In the arrangement of
  • the antenna array is preferably arranged in a direction parallel to the focal plane extending plane.
  • a planar antenna array is preferably used.
  • the individual antenna elements are advantageously designed such that they Re-radiate received power completely with the lowest possible losses at low coupling. This can be achieved in this case in particular by the short circuit at the output of the individual antenna elements.
  • the incident radiation can be focused on a specific antenna element via the reflector and sent back in the same direction.
  • a mobile transceiver unit can be tracked almost completely. If the antenna elements are connected in pairs in the second operating mode, then it is also possible to emit in a direction other than the direction of incidence.
  • the control means according to the invention for example with a suitable switch which selectively connects the elements to each other or short-circuits at its output, the antenna can be reconfigured. This allows a great deal of flexibility with respect to the radiant from the reflector antenna
  • control means is set up and designed such that only such antenna elements are connected in pairs, which are arranged axisymmetric to an axis of symmetry of the reflector.
  • the antenna elements connected in pairs are each connected to connecting elements of identical length.
  • control means is set up for the purposeful selection of antenna elements which are connected in pairs, wherein the selection of the antenna elements to be paired depends on a predetermined or determined relative position of one or more transmitters
  • the control means preferably uses a database in which the predefined or determined relative positions of the transmitters and the predefined one Reception area are provided.
  • the reflector has a Cassegrain feed.
  • the reflector antenna has a front feed.
  • the antenna elements are designed such that they can be operated in resonance at one or more frequencies. Further advantageously, the pairwise connection of the antenna elements is carried out in each case without reflection.
  • the invention further relates to a satellite, a spacecraft, or an aircraft with a reflector antenna described above.
  • Fig. 1 a, b shows a cross section through a schematic inventive
  • FIG. 1 a Reflector antenna
  • FIG. 1 b plan view of this schematized inventive reflector antenna
  • FIG. 2 shows a schematized representation to illustrate the mode of operation of a reflector antenna according to the invention in the first operating mode
  • FIG. 3 shows a schematic representation to illustrate the mode of operation of a reflector antenna according to the invention in the second operating mode
  • FIG. 4a, b schematic representation of a Cassegrain- (Fig. 4a) and a
  • Fig. 1a shows a cross section through a schematic inventive
  • a reflector antenna for receiving and emitting radiation comprising a reflector 101 for focusing the radiation onto a focal plane 105 of the reflector 101, and an antenna array 103 arranged in the focal plane 105 with a plurality of antenna elements 102.
  • the focal plane 105 contains the focal point F.
  • the reflector antenna comprises a control means 104, which is connected to the individual antenna elements 102 of the antenna array 103.
  • control means 104 Arrangement of the control means 104 and the connections to the individual
  • Antenna elements 102 is merely illustrative and does not correspond to a real arrangement.
  • the control means 104 is designed and arranged such that in a first operating mode of the control means 104 all antenna elements 102 are short-circuited at their respective antenna output and in a second
  • Antenna elements 102 are preferably operated in resonance. In particular, by short-circuiting outputs of the antenna elements 102, the received power can be completely radiated again with the lowest possible losses at low coupling.
  • 1 b shows a plan view of this schematic reflector antenna according to the invention with the antenna array 103 consisting of a plurality of antenna elements 102.
  • the radiation is focused via the reflector 101 onto a specific antenna element and in one embodiment back again in the direction of incidence (ie the opposite direction to the direction of arrival) sent.
  • the advantage over the previously used retrodirective arrays is mainly that the high gain of the reflector is effective both in receiving and re-blasting the wave.
  • the antenna elements 102 are connected in pairs, it can also be emitted in a direction other than the direction of incidence.
  • the control means 104 which selectively connects the antenna elements 102 to each other or shorts at its output, the antenna can be reconfigured. This can be a great
  • FIG. 2 shows a schematized representation for illustrating the mode of operation of a reflector antenna according to the invention in the first operating mode.
  • Antenna elements 102a, b are arranged on the focal plane 105 of the reflector 101 and each short-circuited at its output. If a mobile transmitter is located in area 1, Thus, the radiation emanating from it, incident on the reflector 101 radiation is focused on the antenna element 102b and radiated again due to the short circuit in the direction of incidence. The reflector 101 illuminates the area 1. If the transmitter moves into the area 2, the same applies to the antenna element 102a and the area 2. Intermediate positions of the transmitter can be added by adding more
  • FIG. 3 shows a schematic illustration for illustrating the mode of operation of a reflector antenna according to the invention in the second operating mode.
  • the two illustrated antenna elements 102 are connected to one another without reflection.
  • the incident radiation is then radiated again from the other element antenna element 102, so that the illuminated areas interchange, i. E. if a transmitter is in area 1, the radiation incident on the antenna is emitted in the direction of area 2. From the position of the transmitter and the distance of the antenna elements 102, the position of the (receiving) area 2 results.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor (101) zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene (105) des Reflektors (101), und ein in der Fokalebene (105) angeordnetes Antennenarray (103) mit einer Mehrzahl von Antennenelementen (102). Die vorgeschlagene Reflektorantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuermittel (104) vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und mittels dem in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden.

Description

Reflektorantenne
Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine
Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen. Die Erfindung findet Anwendung im Bereich der Nachrichtentechnik, insbesondere zur Kommunikation zwischen mobilen Sende- /Empfangseinheiten über eine Satellitenverbindung; so dass für die Kommunikation keine Bodeninfrastruktur erforderlich ist. Die mobilen SendeVEmpfangseinheiten können dabei in Flugzeugen, Schiffen, Fahrzeugen angeordnet sein.
Es ist bekannt, dass für verschiedene Anwendungen in der Satellitenkommunikation sogenannte„transparent arbeitende Transponder" eingesetzt werden. Transparent arbeitende Transponder empfangen Daten und strahlen sie unmittelbar und
typischerweise in einer anderen Frequenz wieder ab. Sie dienen insbesondere dazu, Daten oder Signale zwischen ortsfesten und/oder mobilen Sende-/Empfangseinheiten über einen Satelliten zu übertragen oder Daten oder Signale, die von einer Bodenstation an den Satelliten übertragen werden, von dort in ein bestimmtes Gebiet auf der Erde abzustrahlen. Der Vorteil solcher Transponder besteht darin, dass keine zusätzliche Bodeninfrastruktur erforderlich ist und die SendeVEmpfangseinheiten miteinander kommunizieren können, auch wenn sie durch terrestrische Hindernisse voneinander getrennt sind.
In solchen transparenten Transpondern werden häufig sogenannte„retrodirektive Antennen" verwendet. Diese besitzen die Eigenschaft, eine aus einer Einfallsrichtung einfallende Strahlung automatisch wieder genau zurück in die Einfallsrichtung (bzw. entgegengesetzt zur Einfallsrichtung) oder in einer relativ zur Einfallsrichtung
vorgegebenen Abstrahlrichtung abzustrahlen. Die Größe des von der Antenne ausgeleuchteten Gebietes wird dabei durch die Direktivität der retodirektiven Antenne bestimmt. Aufgrund ihrer retrodirektiven Eigenschaft können mobile Sende- /Empfangseinheiten unabhängig voneinander automatisch verfolgt werden, ohne dass ihre Richtung in Bezug auf den Satelliten geschätzt werden muss. Bei ausreichender Leistung des Senders und einer entsprechenden Auslegung des Link-Budgets ist zudem keine zusätzliche Energiezufuhr zur Antenne erforderlich.
Bei der einfachsten Ausführung einer rein passiven retrodirektiven Antenne, wie sie bspw. in US 2,908,002 A offenbart ist, werden die als Array angeordneten Elemente jeweils paarweise mit Leitungen gleicher Länge verbunden. Die Wiederabstrahlung erfolgt in diesem Fall ohne Verzögerung, und im Satelliten muss keine zusätzliche Energie aufgewendet werden.
Es gibt auch Varianten retrodirektiver Antennen mit aktiven Elementen, bei denen teilweise eine Signalverarbeitung verwendet wird und die sich somit dem Prinzip der klassischen digitalen Strahlformung annähern. So ist aus der DE 10 2008 057 088 A1 eine Reflektorantenne bekannt, welche eine Datenübertragung über große Distanzen mit einer elektronischen Strahlschwenkung kombiniert. Die hierzu offenbarte
Reflektorantenne umfasst eine Reflektoranordnung zur Fokussierung von
Antennenstrahlung in einer Fokalebene sowie ein in der Fokalebene oder in der
Umgebung der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von
Antennenelementen. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene" wird eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene verstanden, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des Antennenarrays in der
Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. Um eine Strahlschwenkung in einem größeren
Winkelbereich zu ermöglichen, umfasst die Reflektorantenne eine Steuereinrichtung mit einem Strahlformungsmittel, wobei durch die Steuereinrichtung Teilarrays umfassend ein oder mehrere Antennenelemente des Antennenarrays zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung aktivierbar und deaktivierbar sind und wobei im Betrieb der Reflektorantenne für ein jeweiliges aktiviertes Teilarray durch das Strahlformungsmittel eine Strahlungskeule zum Empfang und/oder Aussenden von Antennenstrahlung geformt wird. Der Begriff „Strahlungskeule" bezeichnet dabei den für das Teilarray geformten räumlichen Bereich, in dem Antennenstrahlung durch die Reflektorantenne ausgesendet bzw. empfangen wird. Zu dieser Thematik sei weiterhin auf folgende Artikel verwiesen: · C. Y. Pon:„Retrodirective array using the heterodyne technique" in IEEE Trans.
Antennas Propagat, vol. 12, pp. 176-180, March 1964,
• R. Y. Miyamoto und T. Itoh: "Retrodirective arrays for wireless Communications" in
IEEE Microwave Magazine, vol. 3, no. 1 , pp. 71 -79, March 2002, oder
• C. Loadman, and Z. Chen: "A retrodirective array using direct down-conversion and fixed point DSP for duplex digital Communications" in IEEE Radio and
Wireless Symp. Oig., San Diego, CA, Jan. 2006, pp. 335- 338.
Die Bündelung des Strahls und damit der Gewinn einer Arrayantenne ergeben sich aus der Anzahl der Elemente und ihrem Abstand voneinander. Zur Überbrückung großer Entfernungen wie beispielsweise von einem geostationären Satelliten zur Erde ist daher ein Array aus zahlreichen Antennenelementen erforderlich. Darüber hinaus ist für den Empfang des Signals der relativ niedrige Gewinn des einzelnen Antennenelements in der jeweiligen Einfallsrichtung von Bedeutung. Für einen ausreichenden Signal- Rauschabstand müssen daher auf der Senderseite hohe Sendeleistungen oder hochbündelnde Sendeantennen mit einer entsprechend großen Apertur eingesetzt werden. Beides steht bei mobilen SendeVEmpfangseinheiten in der Regel nicht zur Verfügung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Lösung für eine Reflektorantenne anzugeben, die eine hohe Flexibilität aufweist, was die Konfiguration der Antenne hinsichtlich der Richtung der von der Reflektorantenne ausgehenden Strahlung angeht. Weiterhin soll es die Reflektorantenne auf einfache Weise ermöglichen, hohe Datenraten von einem mobilen Nutzer (SendeVEmpfangseinheit) auf andere Nutzer zu übertragen.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Die Aufgabe ist mit einer Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von
Strahlung beziehungsweise Signalen gelöst, wobei die Reflektorantenne einen Reflektor zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene des Reflektors, und ein in der Fokalebene angeordnetes Antennenarray mit einer Mehrzahl von Antennenelementen umfasst. Die vorgeschlagene Reflektorantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ein Steuermittel vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle
Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden, und mittels dem in einem zweiten
Betriebsmodus alle Antennenelemente oder zumindest einige der Antennenelemente zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden.
Das Steuermittel weist hierzu vorteilhaft einen entsprechend geeigneten Schalter auf. Das Schalten zwischen den beiden Betriebsmodi ermöglicht eine je nach Anforderung optimale (Re-)Konfiguration der Reflektorantenne. In jedem der beiden Betriebsmodi kann darüber hinaus die Reflektorantenne je nach Anforderungen ebenfalls optimiert eingestellt werden. So können im ersten Betriebsmodus je nach Anforderung diejenigen
Antennenelemente ausgewählt werden, die an ihrem Ausgang kurzgeschlossen werden. Im zweiten Betriebsmodus können je nach Anforderung die Antennenelemente ausgewählt werden, die paarweise miteinander verbunden werden.
Der Reflektor dient der Fokussierung von Antennenstrahlung in der Fokalebene. Das Antennenarray ist in der Fokalebene bzw. in einer Umgebung der Fokalebene
angeordnet. Der Begriff der„Fokalebene" umfasst vorliegend ebenfalls die vorstehend genannte Umgebung der Fokalebene. Unter dem Begriff „Umgebung der Fokalebene"; ist eine Anordnung des Antennenarrays mit einem Abstand zu der Fokalebene zu verstehen, der um höchstens 10% von der entsprechenden Brennweite der Fokalebene abweicht. Es sollen hierdurch Toleranzen berücksichtigt werden sowie die Tatsache, dass in gewissen Grenzen auch eine Anordnung des Antennenarrays versetzt zu der Fokalebene eine sinnvolle Speisung der Reflektorantenne ermöglicht. Bei der Anordnung des
Antennenarrays in der Umgebung der Fokalebene wird das Antennenarray vorzugsweise in einer parallel zur Fokalebene verlaufenden Ebene angeordnet. Als Antennenarray wird vorzugsweise ein planares Antennenarray verwendet. Die einzelnen Antennenelemente sind vorteilhaft derart ausgelegt, dass sie die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abstrahlen. Dies lässt sich vorliegend insbesondere durch den Kurzschluss am Ausgang der einzelnen Antennenelemente erreichen. Je nach Einfallsrichtung kann die einfallende Strahlung über den Reflektor auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und wieder in die gleiche Richtung zurück gesendet werden. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Strahlung wirksam ist. Durch eine vorteilhaft dichte Anordnung der Antennenelemente oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente lässt sich eine mobile Sende- /Empfangseinheit nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente im zweiten Betriebsmodus paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Über das erfindungsgemäße Steuermittel, bspw. mit einem geeigneten Schalter, der die Elemente wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große Flexibilität in Bezug auf das von der Reflektorantenne bestrahlbare
Sendegebiet bzw. der Strahlformung der ausgehenden Strahlung erzielen. Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel derart eingerichtet und ausgeführt, dass nur solche Antennenelemente paarweise miteinander verbunden werden, die achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Reflektors angeordnet sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne sind die paarweise miteinander verbundenen Antennenelemente jeweils mit Verbindungselementen identischer Länge verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne ist das Steuermittel zur gezielten Auswahl von Antennenelementen, die paarweise verbunden werden, eingerichtet, wobei die Auswahl der paarweise zu verbindenden Antennenelemente abhängig ist von einer vorgegebenen oder ermittelten Relativposition eines oder mehrer Sender zur
Reflektorantenne, deren Strahlung von der Reflektorantenne empfangen wird, und von einem vorgegebenen Empfangsbereich für die von der Reflektorantenne ausgesandte Strahlung. Vorzugsweise greift das Steuermittel hierzu auf eine Datenbank zurück, in der die vorgegebenen oder ermittelten Relativpositionen der Sender sowie der vorgegebene Empfangsbereich bereitgestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Reflektorantenne weist der Reflektor eine Cassegrain Speisung auf. Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist die Reflektorantenne eine Frontspeisung auf.
Vorteilhaft sind die Antennenelemente derart ausgeführt, dass sie bei einer oder bei mehreren Frequenzen in Resonanz betreibbar sind. Weiterhin vorteilhaft ist die paarweise Verbindung der Antennenelemente jeweils reflexionsfrei ausgeführt.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Satelliten, ein Raumfahrzeug, oder ein Luftfahrzeug mit einer vorstehend beschriebenen Reflektorantenne.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 a,b einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße
Reflektorantenne (Fig. 1 a) und eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne (Fig. 1 b),
Fig. 2 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus, Fig. 3 schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus, und
Fig. 4a,b schematische Darstellung einer Cassegrain- (Fig. 4a) und einer
Offsetspeisung (Fig. 4b) des Reflektors.
Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch eine schematisierte erfindungsgemäße
Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor 101 zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene 105 des Reflektors 101 , und ein in der Fokalebene 105 angeordnetes Antennenarray 103 mit einer Mehrzahl von Antennenelementen 102. Die Fokalebene 105 enthält den Fokuspunkt F.
Erfindungsgemäß umfasst die Reflektorantenne ein Steuermittel 104, welches mit den einzelnen Antennenelementen 102 des Antennenarrays 103 verbunden ist. Die
Anordnung der Steuermittels 104 sowie der Verbindungen zu den einzelnen
Antennenelementen 102 dient lediglich der Erläuterung und entspricht nicht einer realen Anordnung. Das Steuermittel 104 ist derart ausgeführt und eingerichtet, dass in einem ersten Betriebsmodus des Steuermittels 104 alle Antennenelemente 102 an ihrem jeweiligen Antennenausgang kurzgeschlossen werden und in einem zweiten
Betriebsmodus alle Antennenelemente 102 zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden sind. Die Betriebsmodi können bedarfsweise umgeschaltet werden. Die
Antennenelemente 102 werden bevorzugt in Resonanz betrieben. Insbesondere durch das Kurzschließen Ausgänge der Antennenelemente 102 kann die empfangene Leistung mit möglichst geringen Verlusten bei niedriger Verkopplung wieder vollständig abgestrahlt werden.
Fig. 1 b zeigt eine Aufsicht auf diese schematisierte erfindungsgemäße Reflektorantenne mit dem aus mehreren Antennenelementen 102 bestehenden Antennenarray 103. Je nach Einfallsrichtung der Strahlung wird die Strahlung über den Reflektor 101 auf ein bestimmtes Antennenelement fokussiert und in einer Ausführungsform wieder in die Einfallsrichtung zurück (d.h. die entgegen gesetzte Richtung zur Einfallsrichtung) gesendet. Der Vorteil gegenüber den bisher eingesetzten retrodirektiven Arrays besteht vor allem darin, dass der hohe Gewinn des Reflektors sowohl beim Empfang als auch beim Wiederabstrahlen der Welle wirksam ist. Durch entsprechend dichte Anordnung der Antennenelemente 102 oder die Bildung von sich überlappenden Untergruppen der Antennenelemente 102 lässt sich ein mobiler Sender nahezu lückenlos verfolgen. Werden die Antennenelemente 102 paarweise miteinander verbunden, so kann auch in eine andere als die Einfallsrichtung abgestrahlt werden. Durch das Steuermittel 104, das die Antennenelemente 102 wahlweise miteinander verbindet oder an ihrem Ausgang kurzschließt, kann die Antenne rekonfiguriert werden. Damit lässt sich eine große
Flexibilität in Bezug auf das Sendegebiet erzielen.
Fig. 2 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im ersten Betriebsmodus. Die
Antennenelemente 102a,b seien der Fokalebene 105 des Reflektors 101 angeordnet und jeweils an ihrem Ausgang kurzgeschlossen. Befindet sich ein mobiler Sender im Gebiet 1 , so wird die von ihm ausgehende, auf den Reflektor 101 einfallende Strahlung auf das Antennenelement 102b fokussiert und aufgrund des Kurzschlusses in die Einfallsrichtung wieder abgestrahlt. Der Reflektor 101 leuchtet das Gebiet 1 aus. Bewegt sich der Sender in das Gebiet 2, so gilt das gleiche für das Antennenelement 102a und das Gebiet 2. Zwischenpositionen des Senders lassen sich durch Hinzufügen weiterer
Antennenelemente 102 in geeignetem Abstand zueinander in dem Antennenarray auffüllen.
Fig. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Reflektorantenne im zweiten Betriebsmodus. Vorliegend sind die beiden dargestellten Antennenelemente 102 reflexionsfrei miteinander verbunden. Die einfallende Strahlung wird nun vom jeweils anderen Element Antennenelement 102 wieder abgestrahlt, so dass sich die ausgeleuchteten Gebiete vertauschen, d.h. ist ein Sender im Gebiet 1 so wird die bei der Antenne einfallende Strahlung in Richtung Gebiet 2 abgestrahlt. Aus der Position des Senders und dem Abstand der Antennenelemente 102 ergibt sich die Lage des (Empfangs-) Gebietes 2.
Zur Reduzierung der Abschattung ist auch eine Konfiguration nach Cassegrain (Fig. 4a) oder eine Kombination mit einem Offset-Reflektor (Fig. 4b) möglich.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der
Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden
Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Bezugszeichenliste
101 Reflektor 102 Antennenelement 103 Antennenarray 104 Steuermittel 105 Fokusebene F Fokuspunkt

Claims

Patentansprüche
1 . Reflektorantenne zum Empfangen und Aussenden von Strahlung, umfassend einen Reflektor (101 ) zur Fokussierung der Strahlung auf eine Fokalebene (105) des Reflektors (101 ), und ein in der Fokalebene (105) angeordnetes Antennenarray (103) mit einer Mehrzahl von Antennenelementen (102),
dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuermittel (104) vorhanden ist, mittels dem in einem ersten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) an ihrem jeweiligen Antennenausgang
kurzgeschlossen werden und mittels dem in einem zweiten Betriebsmodus alle Antennenelemente (102) oder zumindest einige der Antennenelemente (102) zur Signalleitung paarweise miteinander verbunden werden.
2. Reflektorantenne nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (104) derart eingerichtet und ausgeführt ist, dass nur solche Antennenelemente (102) paarweise miteinander verbunden werden, die achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Reflektors (101 ) angeordnet sind.
3. Reflektorantenne nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (104) zur gezielten Auswahl von Antennenelementen (102), die paarweise verbunden werden, eingerichtet ist, wobei die Auswahl der jeweiligen Antennenelemente (102) abhängig ist von einer vorgegebenen Relativposition eines oder mehrer Sender zur Reflektorantenne, deren Strahlung von der Reflektorantenne empfangen wird, und von einem vorgegebenen Empfangsbereich (Gebiet 1 , Gebiet 2) für die von der
Reflektorantenne ausgesandten Strahlung.
4. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (101 ) eine Cassegrain Speisung aufweist.
5. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (101 ) eine Frontspeisung aufweist.
6. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente (102) derart ausgeführt sind, dass sie bei einer oder bei mehreren Frequenzen in Resonanz betreibbar sind.
7. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise Verbindung der Antennenelemente (102) jeweils reflexionsfrei ausgeführt ist.
8. Satellit oder Raumfahrzeug mit einer Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Luftfahrzeug mit einer Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805126C1 (ru) * 2023-01-18 2023-10-11 Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) Составная многолучевая двухзеркальная антенна

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2908002A (en) 1955-06-08 1959-10-06 Hughes Aircraft Co Electromagnetic reflector
US20050237265A1 (en) * 2004-04-21 2005-10-27 Harris Corporation Reflector antenna system including a phased array antenna operable in multiple modes and related methods
DE102008057088A1 (de) 2008-11-13 2010-05-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Reflektorantenne, insbesondere zum Empfangen und/oder Aussenden von Signalen von und/oder hin zu Satelliten
US20110267251A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 The Boeing Company Wide angle multibeams

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2908002A (en) 1955-06-08 1959-10-06 Hughes Aircraft Co Electromagnetic reflector
US20050237265A1 (en) * 2004-04-21 2005-10-27 Harris Corporation Reflector antenna system including a phased array antenna operable in multiple modes and related methods
DE102008057088A1 (de) 2008-11-13 2010-05-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Reflektorantenne, insbesondere zum Empfangen und/oder Aussenden von Signalen von und/oder hin zu Satelliten
US20110267251A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 The Boeing Company Wide angle multibeams

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. LOADMAN; Z. CHEN: "A retrodirective array using direct down-conversion and fixed point DSP for duplex digital communications", IEEE RADIO AND WIRELESS SYMP. OIG., January 2006 (2006-01-01), pages 335 - 338
C. Y. PON: "Retrodirective array using the heterodyne technique", IEEE TRANS. ANTENNAS PROPAGAT, vol. 12, March 1964 (1964-03-01), pages 176 - 180
R. Y. MIYAMOTO; T. ITOH: "Retrodirective arrays,for wireless communications", IEEE MICROWAVE MAGAZINE, vol. 3, no. 1, March 2002 (2002-03-01), pages 71 - 79

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805126C1 (ru) * 2023-01-18 2023-10-11 Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы безопасности Российской Федерации" (Академия ФСБ России) Составная многолучевая двухзеркальная антенна

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