DE1591008B1 - Rundstrahlantenne fuer luft und raumfahrzeuge - Google Patents
Rundstrahlantenne fuer luft und raumfahrzeugeInfo
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Description
3 188 640 bekannt, bei der durch eine Vielzahl über 15 liches zusätzliches Gewicht und beansprucht einen
die Mantelfläche des Satelliten verteilter Strahler eine großen Teil des an der Außenfläche des Satelliten
möglichst optimale Rundstrahlcharakteristik dadurch zur Verfügung stehenden Platzes. Die gleichmäßige
erreicht werden soll, daß sich die Strahlungsdia- Aufteilung der Hochfrequenzenergie auf die einzelnen
gramme benachbarter Strahler im Bereich ihrer hai- Strahler ist zudem schwierig, verlustbehaftet und nur
ben Leistung überlappen, so daß durch Addition der 20 mit beträchtlichem Aufwand zu erreichen. Trotzdem
Strahlungsanteile benachbarter Strahler auch in die- ist das Strahlungsdiagramm in der maßgebenden
sem Bereich annähernd die gleiche Strahlungsleistung Ebene meist nur ungenügend rundstrahlend,
zur Verfügung steht wie im Maximum der einzelnen Zur Beseitigung der infolge dieser ungünstigen
zur Verfügung steht wie im Maximum der einzelnen Zur Beseitigung der infolge dieser ungünstigen
Strahlungsdiagramme. Diese bekannte Rundstrahl- Verhältnisse von Durchmesser des Antennenträgers
antenne arbeitet dabei mit einer zwei unterschiedliche 25 zu Wellenlänge der zu übertragenden Funkfrequenz
Polarisationsarten abstrahlenden oder empfangenden auftretenden Interferenzen zwischen den von jeweils
Gegenantenne derart zusammen, daß für den Funk- benachbarten Strahlern abgestrahlten Wellenfronten
betrieb in der jeweils einen Richtung eine erste Po!a- wurden bei erdgebundenen Antennenanlagen die
risationsart und für den Funkbetrieb in der jeweils Frequenzen jeweils benachbarter Strahler unteranderen Richtung die zweite Polarisationsart benutzt 30 schiedlich gewählt, so daß keine Interferenzen zwiwird,
um bei gleichzeitigem Empfangs- und Sende- schen den dann unterschiedliche Wellenlängen aufbetrieb
eine einwandfreie Trennung der beiden Si- weisenden Wellenfronten benachbarter Strahler mehr
gnale herbeiführen zu können. Diese bekannte auftreten konnten (vgl. deutsche Patentschrift
Satelliten-Rundstrahlantenne ist so lange befriedi- 517 488). Durch die wechselnden Frequenzen ergend,
wie die Abmessungen des die Strahler tragen- 35 geben sich jedoch auf der Sende- und Empfangsseite
den Satellitenkörpers in der Größenordnung der Probleme, die um so größer werden, je schwächer
Wellenlänge der zu übertragenden Funkfrequenzen das zu empfangende Signal und je stärker damit die
bleibt. in den Empfangsverstärkern vorzunehmende Selek-
Bei modernen Satelliten und ihrer Funkausrüstung tion ist. Gerade aber bei den bei der Raumfahrtist
diese Bedingung jedoch nicht mehr erfüllt, da die 40 technik benutzten Funkverbindungen treten extrem
Abmessungen dieser Satelliten mit der wachsenden kleine Empfangsfeldstärken auf. Außerdem müssen
Schubkraft der zur Verfügung stehenden Träger- auf der Sendeseite für jede Frequenz ein getrennter
raketen immer größer werden, wobei gleichzeitig die Sender und bei starker Selektion zur wirksamen Ad-Wellenlängen
der benutzten Funkfrequenzen immer dition auf der Empfangsseite der von zwei benachkleiner
werden, da für Nachrichtenverbindungen in 45 barten Strahlern abgestrahlten unterschiedlichen Freder
Luft- und Raumfahrttechnik zunehmend höhere quenzen auch zwei getrennte Empfänger vorgesehen
Frequenzen verwendet werden. So beträgt beispiels- sein.
weise der Durchmesser der ersten Stufe der Saturn- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue
rakete 6,7 m, wobei die insbesondere für Telemetrie- Rundstrahlantenne für Luft- und Raumfahrzeuge zu
aufgaben erforderliche Nachrichtenverbindung mit 50 schaffen, die auch bei entsprechend großen Abmes-
einer Betriebsfrequenz von 2,2 GHz betrieben wird, womit sich ein Verhältnis von Durchmesser zu Wellenlänge
von annähernd D/2=50 ergibt.
Werden an der Mantelfläche eines Zylinders, dessungen eines die Rundstrahlantenne tragenden Flugkörpers
gegenüber der Wellenlänge der benutzen Funkfrequenz eine möglichst ideale Rundstrahlcharakteristik
aufweist, ohne daß dazu eine Viel-
sen Durchmesser groß ist im Vergleich zur Betriebs- 55 zahl von Strahlern erforderlich ist oder aber die Frewellenlänge,
einige wenige Einzelstrahler angeordnet, quenzen jeweils benachbarter Strahler unterschiedlich
so ergeben sich in der für die Strahlungscharakteristik
maßgebenden, zur Zylinderachse senkrechten Ebene
maßgebenden, zur Zylinderachse senkrechten Ebene
in bestimmten Richtungen Strahlungsminima, die je-
zu wählen sind.
Ausgehend von einer Rundstrahlantenne der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Er-
weils durch gegenphasige Überlagerung der von be- 60 findung dadurch gelöst, daß eine gerade Anzahl von
nachbarten Strahlern ausgehenden Wellen hervor- Strahlern vorgesehen ist, von denen jeweils benachgerufen
werden. Diese durch die Strahlungsminima
gegebenen Einschnürungen der Rundstrahlcharakteristik sind dabei um so größer, je größer das Verhältnis von Durchmesser D des Antennenträgers zur 65
Betriebswellenlänge λ der Antenne ist.
gegebenen Einschnürungen der Rundstrahlcharakteristik sind dabei um so größer, je größer das Verhältnis von Durchmesser D des Antennenträgers zur 65
Betriebswellenlänge λ der Antenne ist.
Um die Minima in der Strahlungscharakteristik der Antenne möglichst klein zu halten, ist bisher an der
barte Strahler bei linearer Polarisation zueinander senkrecht und bei elliptischer Polarisation mit entgegengesetztem
Drehsinn polarisiert sind.
Durch diese Lösung wird erreicht, daß die zueinander senkrecht polarisierten Wellen jeweils benachbarter
Strahler sich gegenseitig nicht beeinflussen können, d. h. nicht interferieren können. Die
Strahlungsenergie der sich überlappenden Strahlungsdiagramme der benachbarten Strahler addiert sich
dagegen, da mit einer Gegenantenne gearbeitet wird, die gleichzeitig beide Polarisationsarten empfangen
kann. Die gemäß der Erfindung angegebene Rund-Strahlantenne hat daher ein annähernd ideales Rundstrahldiagramm,
unabhängig von der Größe des Verhältnisses von Durchmesser zu Wellenlänge und ohne
daß unterschiedliche Frequenzen für die einzelnen Strahler der Antenne verwendet werden müssen.
Zwar ist es bereits grundsätzlich bekannt, die Interferenz zweier Strahlungen dadurch zu verhindern,
daß beide Strahlungen senkrecht zueinander polarisiert werden. So ist z. B. in der deutschen
Patentschrift 939 755 ein Antennensystem beschrieben, bei dem die Interferenz zweier auf einem Antennenmast
übereinander angeordneter Strahler durch gegenseitig senkrechte Polarisation dieser Strahler
verhindert wird. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß mit einem zusätzlichen Strahler eine gute Versorgung
des Nahbereichs der Antenne sichergestellt wird, ohne daß durch diesen Strahler eine Aufzipfelung
des von dem anderen Strahler erzeugten vertikalen Strahlungsdiagramms für den Fernbereich der
Antenne auftritt.
Diese mit unterschiedlichen Polarisationen arbeitenden Antennen haben jedoch bei der herkömmlichen
Rundfunk- und Fernsehübertragungstechnik den Nachteil, daß je nach dem gerade mit einer bestimmten
Strahlung erreichten Empfangsgebiet auch eine gerade auf diese Polarisation abgestimmte
Empfangsantenne vorzusehen ist (vgl. z. B. deutsche Auslegeschrift 1147 635).
Dieser Nachteil tritt bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Rundstrahlantenne nicht auf, da diese
mit Gegenantennen zusammenarbeitet, die ohnehin alle vorkommenden Polarisationen empfangen
können.
Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung können die Strahler als Hornstrahler, Dipolstrahler
oder aber auch als Wendelsixahler ausgebildet sein. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Im einzelnen zeigt
F i g. 1 eine Rundstrahlantenne gemäß der Erfindung mit Hornstrahlern,
F i g. 2 eine Rundstrahlantenne mit Doppelstrahlern und
F i g. 3 eine Rundstrahlantenne mit Wendelstrahlern.
Ein in F i g. 1 als Zylinder 1 dargestellter Antennenträger, der z. B. ein Teil einer Trägerrakete oder
aber ein tonnenförmiger Satellit sein kann, trägt im Abstand von 90° an der Mantelfläche des Zylinders
1 angeordnete Strahler 2, 3, 4 und S, von denen hier nur die als Hornstrahler ausgebildeten Strahler 2
und 3 näher dargestellt sind. Die Hornstrahler sind dabei so ausgebildet bzw. werden so gespeist, daß
die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen jeweils benachbarter Hornstrahler, z. B. die der Hornstrahler
2 und 3, zueinander senkrecht polarisiert sind. s0
Wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, ist der Hornstrahler 2 vertikal und der Hornstrahler 3 horizontal polarisiert.
Die in F i g. 2 und 3 dargestellten anderen Ausführungsformen der Rundstrahlantenne sind der in
F i g. 1 entsprechend nachgebildet, wobei die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform als Strahler
Dipolstrahler aufweist, wobei der Dipolstrahler 2' horizontal und der Dipolstrahler 3' vertikal polarisiert
ist.
Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform
sind als Strahler Wendelstrahler vorgesehen, wobei die elliptische Polarisation jeweils benachbarter Strahler
entgegengesetzten Drehsinn aufweist. So ist z. B. der Wendelstrahler 2" rechtsdrehend und der Wendelstrahler
3" linksdrehend polarisiert.
Da jeweils benachbarte Strahler zueinander senkrecht polarisiert sein müssen, darf die Anzahl der
insgesamt am Antennenträger vorgesehenen Strahler nur gerade sein. Die Strahlungsdiagramme der Strahler
müssen sich dabei in den Punkten halber Leistung (3-db-Punkt) überlappen, da die als Summendiagramm
gebildete Rundstrahlcharakteristik des gesamten Antennensystems durch einfache Addition der
Strahlungsdiagramme der Strahler gebildet wird.
Prinzipiell ist jede gerade Anzahl von Strahlern zur Bildung des Antennensystems geeignet, wobei
rc=2,4 und 6 als Anzahl von Strahlern besonders interessant ist, da ein Antennensystem mit einer zu
großen Anzahl von Strahlern einen Teil der Nachstelle der bisher bekannten Lösungen aufweisen würde.
Für die Halbwertsbreite der Strahlungsdiagramme der Strahler ergibt sich je nach Anzahl der am Antennenträger
vorgesehenen Strahler folgender Wert:
Δ a
Grad
Grad
360
Claims (4)
1. Rundstrahlantenne für Luft- und Raumfahrzeuge, die mit einer gleichzeitig zwei unterschiedliche
Polarisationsarten abstrahlenden und/ oder empfangenden Gegenantenne in Funkverbindung
steht und mehrere, längs einer durch die Ebene der Rundstrahlung gegebenen Umfangslinie
eines vorzugsweise zylindrischen Körpers angeordnete Strahler aufweist, deren jeweils benachbarte
Strahlungsdiagramme sich im Bereich ihrer halben Leistung (3-db-Punkt) überlappen, wobei
der Durchmesser des Körpers groß gegenüber der Betriebswellenlänge der Antenne ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl
von Strahlern (2, 3, 4, 5) vorgesehen ist, von denen jeweils benachbarte Strahler (z. B. 2, 3) bei
linearer Polarisation zueinander senkrecht und bei elliptischer Polarisation mit entgegengesetztem
Drehsinn polarisiert sind.
2. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3, 4. 5)
als Hornstrahler ausgebildet sind.
3. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3, 4.
5) als Dipolstrahler {!', 3') ausgebildet sind.
4. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (2, 3. 4. 5)
als Wendelstrahler (2", 3") ausgebildet sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
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