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Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen
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Die Erfindung bezieht sich auf
eine Richtantennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend
aus einem großen Hauptreflektor in form eines Rotations-Paraboloids, in dessen Scheitelbereich
ein als Hornparabol-Antenne ausgebildeter, durch den Paraboloid-Scheitel hindurchstrahlender
Primärstrahler angeordnet ist, der über einen. im Aperturbereich des Hauptreflektors
befindlichen Hilfsreflektor den Haur.treflektor
ausleuchtet, und
beider die gesamte Richtantenne in einem Drehgestell um eine Elevationsachse schtienkbar
ist und dieses Drehgestell über einen Azimut-Drehkranz auf einem Grundsockel ruht.
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Richtantennen dieser Art werden vor allem als ortsfeste Antennen für
den Satelliten-Funk eingesetzt. Sie können auch mit entsprechender Ausbildung des
Grundsockels als ortsveränderliche Antenne Vert-rendung finden. Hei den bisherigen
Ausführungsformen derartiger Antennenanordnungen wird das an-_ schlußseitige Ende
der als Primärstrahler dienenden Horn-Parabol-Antenne bei Drehung der Antenne um
die Blevationsachse und/oder die Azimutachse mitbewegt. Kommt es daher darauf an,
flexible Zeitungen zwischen den an die Antenne anzuschließenden Hochfrequenzgeräten
und dem anschlußseitigen Ende des Speisungstrichters einzuschalten, so müssen die
Geräte zumindest bei der Drehung der Antenne um die Azimutachse mitgeführt werden.
-Dieser Schwierigkeit läßt sich bei einer Richtantennenanordnung für sehr kurze
elektromagnetische Wellen, bestehend aus .einem großen Hauptreflektor in Form eines
Rotations-Paraboloid, in dessen Scheitelbereich ein als Hornparabol-Antenne ausgebildeter,
durch den Paraboloid-Scheitel hindurchstrahlen-, der Primärstrahler angeordnet ist,
der über einen im Aperturberoich
des Hauptreflektors befindlichen
Hilfsreflektor den Hauptreflektor ausleuchtet, und bei der die gesamte Richtantenne
in einem Drehgestell um eine Elevationsachse schwenkbar ist und dieses Drehgestell
über einen Azimut-Drehkranz auf einem Grundsockel ruht, gemäß der Erfindung dadurch
abhelfen, daß die Hornparabol-Antenne mit ihrem dem Paraboloid-Scheitel benachbarten
Endbereich mit der Elevationsdrt-haehee- . . geführt ist und. in diesem Bereich
der Speisungstrichter der Hornparabol-Antenne eine Drehkupplung enthält, und daß
das weiterführende Ende des Speisungstrichters der Horrnparabol-Antenne bis zur
Azimutdrehachse des Drehgestells weitergeführt und dort mittels einer Umlenkung
in Richtung der Azimutachse verläuft, und daß außerdem in dem in der Azimutachse
verlaufenden Teil des Speisungstrichters eine zweite Drehkupplung vorgesehen ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen, die gemeinsam oder auch einzeln bei
einer solchen Antenne angewendet werden können, bestehen in Weiterbildung der Erfindung
in folgendem.
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Das speisungsseitige Ende des Speisungstrichters der Hornparabol-Antenne
wird vorzugsweise über eine zwischengefügte Zeitung in den Grundsockel der Drehgestellagerung
eingeführt und dort mit den für den Anschluß an die Antenne bestimmten Hochfrequenzgeräten
starr verbunden.
Für den Betrieb mit linear polarisierten Wellen
wird an dem feststehenden speisungsseitigen Ende des Speisungstrichters der Hornparabol-Antenne
ein Polarisationsdreher angeschlossen, der mit einer Nachsteuerungseinrichtung versehen
ist, die bei Änderung des Elevationswinkels der Richtantenne eine derartige Nachstellung
vornimmt, daß die Polarisationsrichtung im Ausgang des Polarisationsdrehers praktisch
unabhängig von der Einstellung der Richtantenne um die Blevationsachse ist.
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Der Abstand der Drehkupplung in dem in Richtung der Azimutachse verlaufenden
feil des Speisungstrichters der Hornparabol-Antenne, vom anschlüßseitigen Ende des
Speisungstrichters aus betrachtet, wird so groß gewählt,.daß sich die Drehkupplung
in einem Gebiet des Speisungstrichters befindet, in dem sich bei Einspeisung von
Wellen in das speisungsseitige Ende des Trichters die Wellen bereits weitgehend
von der Triehterwandung abgelöst haben.
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Die durch die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglichte Verlegung des
sogenannten Betriebsraumes, der die Hochfrequenzgeräte enthält, in den Grundsockel,
bringt zugleich den Vorteil, daß auf das bei derartigen Antennen sonst übliche Radom
verzichtet werden kann. Ein Radom ist bekanntlich eine Kunststoffhülle, die die
gesamte Richtantenne mit ihrem Sockel in einem gewissen Abstand umschließt. Diese
Kunststoffhülle
kann entweder durch Überdruck aufgeblasen und stabil.
gehalten werden oder in Form einer Fachwerkkonstruktion an sich bekannter Bauart
ausgeführt sein. Die Vermeidung des Radoms bringt.nicht nur betriebstechnisch sondern
auch elektrisch erhebliche Vorteile.
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Die an sich bekannte Hornparabol-Speisung, die bei der erfindungsgemäßen
Antenne trotz des sogenannten feststehenden. Betriebsraumes erhalten bleibt, ist
ebenfalls in elektrischer Hinsicht sehr vorteilhaft, weil sie dem gesamten Antennensystem
die Eigenschaften einer Breitband-Antenne gibt. Dies ist eine Forderung, die vor
allem bei Richtantennen für den Satelliten-Funkverkehr von ganz erheblicher Bedeutung
ist, weil die dabei zur Anwendung kommenden Frequenzbereiche frequenzmäßig weit
auseinanderliegen können. Beispielsweise liegen bei eLatelliten-Funksystemen die
Betriebsfrequenzen für Senden oder Empfang derzeit bei 4 GHz und 6 GHz. Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die Figur 1 eine 4reitenansicht einer erfindungsgemäßen
Antenne, von der eine Rückansicht in der Figur 2 gegeben ist.
Figuren
3 und 4 zeigen einen vergrößerten jeweiligen Ausschnitt aus den Figuren'l und 2.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiel ist angenommen,
daß es sich um eine ortsfeste Richtantennenanlage für Satelliten-Empfang handelt.
Aus diesem Grund ist als Basis des gesamten Richtantennensystems ein Betonsockel
1 vorgesehen, der bei mobilem Einsatz der Antennenanlage durch eine entsprechende
mobile Konstruktion üblicher Art ersetzt sein kann. Der Betonsockel 1 ist in seinem
Innern hohl und enthält darin Betriebsräume 2 und 3. Auf einem Ansatz des Betonsockels
ist ein Laufkranz 4 für den Azimutdrehteil 5 vorgesehen. Der Azimutdrehteil 5 ist
um die Azimutdrehachse 6 drehbar. Die Drehung geschieht mittels eines Antriebsmotors
7, der auf dem Betonturm fest verankert ist. Dieser Antriebsmotor 7 hat ein entsprechend
stark bemessenes Zahnrad 8, das in einen Zahnkranz 9 eingreift, der über einen Zylinder
10 in dem Drehteil 5 fest verankert ist. Da der Laufkranz 4 keine Radialführung
bewirkt, sondern lediglich als Auflage des Drehteils 5 auf dem Grundsockel l dient,
ist ein Radialführungslager 11 vorgesehen, das sich mit seinem Innenring am Betonturm
1 radial abstützt und das mit seinem Außenring die Führung des Drehteils 5 übernimmt.
Auf dem Drehteil 5 ist die Drehlagerung für die Elevationsbewegung vorgesehen. Es
ist dies ein zereifaches Zapfenlager 12, 13. In die Zapfenlager
greifen
die Zapfen ein, die an zwei Ausgleichsgewichtsbögen 14, 15 verankert sind. Die Ausgleichsgewichtabögen
sind ihrerseits an der Versteifungskonstruktion 16 des sogenannten Hauptspiegels
17 befestigt. Der Antrieb für eine Betregung des Hauptspiegels 17 um die Flevationsachse
18 erfolgt Tiber einen Antriebsmotor 19, der über ein Zahnrad das Antriebsrad 29
bewegt. Das Antriebsrad 29 ist an einem der Ausgleichsgewichtsbögen zentrisch zur
Blevationsachse verankert. statt jeweils eines Antriebsmotors für Azimut- und Elevationabewegung-empfiehlt
es sich in vielen Fällen jeweils zwei getrennt an dem jetreiligen Zahnkrans angreifender
Motoren vorzusehen. Heim Elevationsantrieb kann dies beim Ausführungsbeispiel leicht
dadurch realisiert werden, daß ein Antriebsrad 20 sowohl dem Ausgleichsgewichtsbogen
14 als auch dem Ausgleichsgewichtsbogen 15 zugeordnet wird und daß in jedes dieser
beiden Antriebszahnräder das Zahnrad eines eigenen Antriebsmotors eingreift. In
der Figur ist dies durch die Zahnräder 20 und 20' angedeutet, deren zugehörige Antriebsmotoren
mit 19 und 19' bezeichnet sind.
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Zur Erfassung der.Azimuteinstellung und der Elevationseinstellung
der Richtantenne sind noch sogenannte Datenräder der Antennenanordnung zugeordnet.
Das Datenrad für die Azimutanzeige ist mit 21 bezeichnet und in der Figur 3 sichtbar.
Das Datenrad für den Elevationswert kann mit dem Betriebsrad 20
gewählt
werden. Da die Aufhängung des Spiegels praktisch eine'vollkardanische ist, können
über die Datenräder unmittelbar der wahre Elevationswert und der wahre Azimutwert
erhalten werden.
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Der Hauptspiegel 17 ist hinsichtlich seines Speisungssystems als sogenanntes
Cassegrain-System ausgebildet. Zu diesem Zweck ist im Spiegelscheitel eine Öffnung
vorgesehen, durch die das abstrahlungsseitige Ende einer Hornparabol-Antenne besonderer
Ausführung hindurchstrahlt und zwar auf einen Hilfsreflektor mit etwa hyperboloidförmiger
Gestaltung, der die von der Apertur der Hornparabol-Antenne im Sendefall x ausgehende
Strahlung auf den Hauptreflektor 17 so umlenkt, daß die von diesem ausgehende reflektierte
Strahlung sich in der gewünschten Abstrahlungsrichtung, das ist die Rotationsachse
des Hauptspiegels 17,als ebene Wellen ablöst. Die Hornparabol-Antenne hat bei der
erfindungsgemäßen Richtantennenanordnunö eine besondere Gestaltung. Dies ist vor
allem aus den Figuren 3 und 4 erkennbar. Die Hornparabolantenne ist nämlich mit
ihrem cpeisungstrichter 22 zunächst so geführt, daß dessen Achse mit der Flevationsachse
18 zusammenfällt. Dieser Abschnitt des Speisungstrichters 22 endet in einer Drehkupplung
23, an die sich eine Umlenkung des Speisungstrichters anschließt, die so geführt
ist, daß
i @ie Fortsetzung des Speisungstrichters zum anschlußseitigen
Ende hin mit der Azimutdrehachse 6 achsengleich zusammenfällt. Beim Ausführungsbeispiel
wird dies durch einen einfachen Umlenkspiegel im Speisungstrichter erreicht. Auch
dies ist besonders gut aus den Figuren 2 und 4 erkennbar. In den in Richtung der
Azimutachse 6 verlaufenden Trichterteil ist eine weitere Drehkupplung 24 eingefügt.
Durch die besondere Führung des Speisungstrichters der Hornparabol-Antenne, nämlich
so, daß der der Apertur benachbarte Abschnitt mit der ElevationsiLchse achsengleich
ist und der dem anschlußseitigen Ende benachbarte Abschnitt achsengleich mit der
Azimutaehse zusammenfällt und durch die Zwischenfügung der beiden Drehkupplungen
Ist erreicht, daß das anschlußseitige Ende 25 im Grundsocke, bzw. im Betonsockel
fest Verankert werden kann und trotzdem eine beliebige Drehung der Antenne in Azimut-
und Elevationsr ichtung möglich ist Die Stromzuführung für den die Blevationsmotoren
und die Datenabnahme vom Elevationsrad und vom Azimutdatenrad kann über Schleifkränze
26 erfolgen, die der um die Azimutachse sich drehenden Teil des Speisungstrchtere
fest zugeordnet sind und über entsprechende Schleifkontakte 27, die dm Grundnockel
fest verankert sind.
Um eine störende Vereisung der Antenne vor
allem bei Betrieb ohne Radom zu vermeiden, empfiehlt es sich, die aperturseitige
Öffnung der Hornparabol-Antenne 15, die durch den Durchbruch im Scheitel des Hauptreflektors
12 hindurch auf den Hilfsreflektor 14 gerichtet ist, mittels dielektrischem Material
wellendurcblässig abzuschließen. Eine andere Lösung hierfür besteht in dem Einblasen
von Warmluft in die Hornparabol-Antenne vor allem vom anschlußseitigen Fnde aus.
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Um den. Hauptreflektor 12 eisfrei zu halten bzw. um unerwünschten
Schneeansatz bei Betrieb ohne Radom zu unterbinden, empfiehlt es sich, dienen von
der Seite der Tragkonstruktion 10 her aufzuheizen. Das kann mittels eines Warmluftstroms
oder elektrischer Heizvorrichtungen, die gut wärmeleitend mit dem Hauptreflektor
verbunden Bind, geschehen. Gleichartiges gilt für den Hilfsreflektor 14.