DE2534274A1

DE2534274A1 - Parabolic horn antenna with Cassegrain supply - has reversing system of two auxiliary reflectors between feed horn and main reflector

Info

Publication number: DE2534274A1
Application number: DE19752534274
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Laub
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1977-02-17

Abstract

The antenna is intended for very short electromagnetic waves. Its reflector is in the form of a parabola sector. A feed horn has a single deflection, contains the feed point and extends up to the reflector. The antenna feed supply is of Cassegrain type, in which between the feed horn (5) and the main reflector (3) is provided a reversing system of two auxiliary reflectors (6, 7) for double beam reversing. The feed horn, the reversing system and the main reflector are in the form of a compact, enclosed module which has an output aperture (4). The auxiliary reflectors may be in the form of parabola sectors. The first auxiliary reflector (6) focus lies in the feed point (F2), while the focus of the second auxiliary reflector (7) coincides with that of the main reflector.

Description

Hornparaboiantenrle mit Cassegraintyp-Speisung Die Erfindung bezieht sich auf eine Hornparabolantenne für sehr kurze elektromagnetische ellen mit einem als Parabolausschnitt ausgeführten Reflektor und mit einem bis zum Reflektor verlängerten, den Speisepunkt enthaltenden und einfach umgelenkten Speisehorn.Horn paraboiantenrle with Cassegrain-type feeding The invention relates on a horn parabolic antenna for very short electromagnetic waves with a designed as a parabolic cut-out reflector and with an extended to the reflector, The food horn containing the feeding point and simply deflected.

Hornparabolantennen enthalten als Reflektor einen Parabolaussclmitt, der im allgemeinen senkrecht von unten angestrahlt wiird, so daß die Rückwirkung des Reflektors auf den Erreger vernachläsigbar ist. Die Wände des Speisehorns sind bis zum Parabolausschmitt verlängert, wodurch sich eine sehr wirksarne Abschirmung nach den Seiten und nach hinten ergibt. Da die im Speisehorn angeregte Kugelwelle bis zum Auftreffen auf den Reflektor durch die leitenden Wände des Speisehorns störungsfrei geführt wird und somit der sekundären Strahlung kein wesentlicher Anteil der primären Strahlung überlagert wird, erhält man eine besonderes günstige Strahlungscharakteristik.Horn parabolic antennas contain a parabolic reflector as a reflector, which is generally illuminated vertically from below, so that the retroactive effect of the reflector on the pathogen is negligible. The walls of the food horn are extended to the Parabolausschmitt, which creates a very effective shielding to the sides and back. Since the spherical wave excited in the food horn until it hits the reflector through the conductive walls of the feed horn is performed and thus the secondary radiation is not a significant proportion of the primary Radiation is superimposed, one obtains a particularly favorable radiation characteristic.

Damit ist die Hornparabolantenne ein besonders leistungsfähiger Antennentyp mit hoher Winkeldämpfung und großer Bandbreite.This makes the horn parabolic antenna a particularly powerful type of antenna with high angle attenuation and wide bandwidth.

Neben ihren offensichtlichen Vorteilen hat die Hornparabolantenne jedoch zwei nennenswerte Nachteile. Erstens muß sie durch eine in der Antennenausgangsöffnung angebrachte Abdeckplatte aus dielektrischem Material witterungsgeschützt werden und zweitens weist sie infolge des langen Speisetrichters eine beträchtliche Bauhöhe auf.Besides its obvious advantages, the horn parabolic antenna has however, two notable disadvantages. First, it must go through one in the antenna exit opening attached cover plate made of dielectric material are weatherproof and secondly, because of the long feed funnel, it has a considerable overall height on.

Außer dem notwendigen Aufwand für Herstellung, Montage und Dichtung hat die Abdeckplatte die nachteilige Wirkung, daß sie durch Strai?ldäapfung, Streuung und Refcxion, insbesondere bei hohen Frequenzen, den theoretisch zu erwartenden Antennengewinn und die inkeldämpfungmerkbar vermindert.Apart from the effort required for manufacture, assembly and sealing the cover plate has the disadvantageous effect that it is dampened by spray, scattering and Refcxion, especially at high levels Frequencies that theoretically Antenna gain to be expected and the attenuation noticeably reduced.

Die große Bauhöhe ist nachteilig für die Aufstellung der Antenne, insbesondere bei den im allgemeinen sehr beengten Platzverhältnissen durch geringe Abstände zwischen den einzelnen Plattformen von Antennentürmen.The great height is disadvantageous for the installation of the antenna, especially in the generally very cramped space conditions due to low Distances between the individual platforms of antenna towers.

In dem Aufsatz l'Horn-Fed Parabolic Antenna With Deflectorl', von A.A.Metrikin, veröffentlicht in l'Telecommunication and Radio Engineering", 6, 1963, Seiten 9 bis 15, ist eine Hornparabolantenne beschrieben, deren Bauhöhe durch eine einfache Strahlumlenkung verringert ist. Nachteilig ist hier jedoch, daß die Verkürzung zwangsläufig mit einer zunehmenden Tiefenabmessung der Antenne verbunden und dadurch begrenzt ist, und daß außerdem wie bei den klassischen Hornparabolantennen eine Witterungsschutzplatte erforderlich ist. Bei Verzicht auf die Witterungsschutzplatte wird zur Verhinderung von Vereisung eine zusätzliche Beheizung notwendig. Weiterhin ist die realisierbare Verkürzung der Antenne durch die gleichzeitige Zunahme der direkten Überlagerung von Primär- und Sekundärcharakteristik begrenzt. Da hier die Umlenkung einer Kugelwellevorgenommen wird, ist außerdem ein großer Umlenkreflektorerforderlich.In the article l'Horn-Fed Parabolic Antenna With Deflectorl ', by A.A. Metrikin, published in l'Telecommunication and Radio Engineering ", 6, 1963, Pages 9 to 15, a horn parabolic antenna is described, the height of which by a simple beam deflection is reduced. The disadvantage here, however, is that the shortening inevitably associated with an increasing depth dimension of the antenna and thereby is limited, and that, as with the classic horn parabolic antennas, one Weather protection plate is required. If the weather protection plate is not used additional heating is necessary to prevent icing. Farther is the realizable shortening of the antenna due to the simultaneous increase in direct superimposition of primary and secondary characteristics is limited. Since here the When deflecting a spherical wave, a large deflecting reflector is also required.

Aus der französischen Patentschrift 2 180 585 ist eine Antenne bekamt, bei der zwar eine Verringerung der Bauhöhe sowie ein wirksamer Witterungsschutz durch eine Abdeckkalotte gegeben ist; es handelt sich hier jedoch um einen offenen Antennentyp, bei dem eine starke Bündelung der Erregerstrahlung erforderlich ist, um eine Uberstrahlung der Reflektoren zu vermeiden.An antenna is obtained from French patent specification 2 180 585, in which a reduction in the overall height and effective weather protection is given by a cover cap; however, this is an open one Antenna type that requires a strong focus of the excitation radiation, to avoid overexposure to the reflectors.

Eine nachteilige Beeinflussung des Antennendiagrammes durch die Uberlagerung von Strahlungsanteilen des Erregers und des Sekundärreflektors ist hier unvermeidbar. Infolgedessen werden die bei Hornparabolantennen möglichen Werte hinsichtlich Winkeldämpfung und Bandbreite von diesem Antennentyp nicht erreicht.A disadvantageous influence on the antenna diagram by the overlay radiation from the pathogen and the secondary reflector is unavoidable here. As a result, the possible values for angular attenuation with horn parabolic antennas and bandwidth not reached by this type of antenna.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Hornparabolantenne der obengenannten Art eine weitere Lösung anzugeben, die eine Verringerung der Bauhöhe ermöglicht und durch die unter Vermeidung einer Abdeckplatte ein wirksamer Witterungsschutz gewährleistet ist.The invention is based on the object for a horn parabolic antenna of the above type to provide a further solution that reduces the overall height and by avoiding a cover plate an effective weather protection is guaranteed.

Ausgehend von einer Hornparabolantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem als Parabolausschnitt ausgeführten Reflektor und mit einem bis zum Reflektor verlängerten, den Speisepunlct enthaltenden und einfach umgelenkten Speisehorn, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Speisung nach Art einer Cassegrain-Antenne vorgesehen ist, derart, daß zwischen dem Speisehorn und dem Reflektor (Hauptreflektor) ein aus zwei Hilfsreflektoren bestehendes Umlenksystem zur doppelten Strahlumlenkung vorgesehen ist.Starting from a horn parabolic antenna for very short electromagnetic Waves with a reflector designed as a parabolic cutout and with a to extended to the reflector, containing the feed point and simply deflected Feeding horn, the object is achieved according to the invention in that a feed is provided in the manner of a Cassegrain antenna, such that between the feeder horn and the reflector (main reflector) a deflection system consisting of two auxiliary reflectors is provided for double beam deflection.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Bauhöhe von Hornparabolantennen wesentlich verringert wird, wenn die Anregung einer Kugelwelle in einem Kegel-Speisehorn (bzw. einer Quasi-Kugelwelle in einem Pyramiden-Speisehorn) einer Hornparabolantenne über ein Umlenksystem, vorzugsweise gekrümmter Flächen erfolgt.The invention is based on the knowledge that the overall height of horn parabolic antennas is substantially reduced when the excitation of a spherical wave in a cone feeder horn (or a quasi-spherical wave in a pyramid food horn) of a horn parabolic antenna takes place via a deflection system, preferably curved surfaces.

Vorteilhaft ist dabei, daß das Speisehorn mit dem Umlenksystem und dem Hauptreflektor als eine kompakte, in sich geschlossene, lediglich eine Ausgangsöffnung aufweisende Baueinheit ausgebildet ist, die einen wirksamen Witterungsschutz auch ohne Abdeckplatte gewährleistet.It is advantageous that the food horn with the deflection system and the main reflector as a compact, self-contained, only one exit opening having structural unit is formed, which also provides effective weather protection guaranteed without cover plate.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Hilfsreflektoren als Parabolausschnitte ausgeführt sind.It is also advantageous if the auxiliary reflectors are parabolic sections are executed.

Besonders günstig ist es, wenn der Brennpunkt des ersten Hilfsreflektors in den Speisepunkt gelegt ist und der Brennpunkt des zweiten Hilfsreflektors mit dem Brennpunkt des Hauptreflektors übereinstimmt und wenn außerdem die Größe des Öffnungswinkels des zweiten Hilfsreflektors, vom Brennpunkt des Hauptreflektors aus betrachtet, übereinstimmend mit der Größe des Öffnungswinkels des Hauptreflektors gewählt ist und wenn die Größe des Öffnungswinkels des Speisehorns damit übereinstimmend gewählt ist. Es ist dann nämlich eine Außenwandung des Speisehorns gleichzeitig als strahlenführende Begrenzung der vom zweiten Hilfsreflektor zum Hauptreflektor reflektierten Welle wirksam.It is particularly favorable if the focal point of the first auxiliary reflector is placed in the feed point and the focal point of the second auxiliary reflector with coincides with the focal point of the main reflector and if also the size of the Opening angle of the second auxiliary reflector, from the focal point of the Main reflector viewed from, corresponding to the size of the opening angle of the main reflector is selected and if the size of the opening angle of the feed horn is chosen accordingly. It is then namely an outer wall of the food horn at the same time as a beam-guiding limitation of the second auxiliary reflector to Main reflector reflected wave effectively.

Gegenüber der klassischen Ausführung der Hornparabolantenne, bei der elektrischer Schwerpunkt (Mittelstrahl) und geometrischer Mittelpunkt der Ausgangsfläche des Hauptreflektors in der Vertikalen gegeneinander versetzt sind, was sich in einer Verminderung des Flächenwirkungsgrades bemerkbar macht, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Antenne der weitere Vorteil, daß diese Unsymmetrie durch die doppelte Umlenkung vermindert und wegen der Korrekturmöglichkeiten der Hilfsreflektoren praktisch eliminiert werden kann.Compared to the classic version of the horn parabolic antenna, in which electrical center of gravity (central beam) and geometric center of the output surface of the main reflector are vertically offset from one another, resulting in a Reduction of the surface efficiency makes noticeable, arises in the case of the invention Antenna the further advantage that this asymmetry is due to the double deflection reduced and practically eliminated because of the correction options of the auxiliary reflectors can be.

Durch eine gezielte Korrektur der Hilfsreflektoren kann auch die Flächenbelegung der Antenne in vorteilhafter Weise beeinflußt werden. Weiterhin läßt sich durch eine Korrektur des Hauptreflektors auch die Phase der Belegungsfunktion im gewünschten Sinne korrigieren.A targeted correction of the auxiliary reflectors can also reduce the surface occupancy the antenna can be influenced in an advantageous manner. You can also get through a correction of the main reflector also adjusts the phase of the occupancy function in the desired Correct senses.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.In the following the invention is illustrated with reference to the drawing Embodiment explained in more detail.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Hornparabolantenne im Zusammenhang mit einer solchen nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei ist das Speisesystem einer Hornparabolantenne klassischer Ausführung, das aus einem Speisepunkt Fi, einem gestrichelt dargestellten Hornabschnitt 1 und einem Hornabschnitt 2 eines Speisehorns besteht, ersetzt durch ein erfindungsgemäßes Speisesystem, bestehend aus einem Speisepunkt F2, einem daran anschließenden Hornabschnitt 5, einem aus zwei Hilfsreflektoren 6, 7 gebildeten Umlenksystem und dem Hornabschnitt 2 des Speisehorns der bekannten Hornparabolantenne.In the drawing, a horn parabolic antenna according to the invention is in context shown with such according to the prior art. Here is the feed system a horn parabolic antenna of classic design, which consists of a feed point Fi, a Horn section 1 shown in dashed lines and a horn section 2 of a feed horn consists, replaced by a feed system according to the invention, consisting of a feed point F2, an adjoining horn section 5, a from two auxiliary reflectors 6, 7 formed deflection system and the horn section 2 of the feed horn of the known Horn parabolic antenna.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausiührungsbeispiel sind die Hilfsreflektoren 6 und 7 sowie der Hauptreflektor 3 als Parabolausschnitte ausgeführt und so bemessen, daß die im Hornabschnitt 5 angeregte Kugelwelle nach den beiden Reflexionen an den Hilfsreflektoren 6 uld 7 im Hornabschnitt 2 wieder als Kugelwelle auftritt, die von dem Hauptreflektor 3 dann letztlich in eine ebene Welle umgewandelt wird.In the embodiment shown in the figure, the auxiliary reflectors are 6 and 7 as well as the main reflector 3 designed as parabolic cutouts and dimensioned so that the excited in the horn section 5 spherical wave after the two reflections on the Auxiliary reflectors 6 uld 7 in the horn section 2 occurs again as a spherical wave, the is then ultimately converted into a plane wave by the main reflector 3.

Zur Verbesserung der Anschaulichkeit ist in der Figur zusätzlich ein Strahlengang eingezeichnet, der erkennen läßt, daß der Brennpunkt des Hilfsreflektors 6 mit dem Speisepunkt F2 und der Brennpunkt des Hilfsreflektors 7 mit dem Brennpunkt des Hauptreflektors 3 und damit auch mit dem Speisepunkt F1 einer Hornparabolantenne nach dem Stand der Technik zusammenfällt.To improve the clarity, there is also a in the figure Beam path drawn in, which shows that the focal point of the auxiliary reflector 6 with the feed point F2 and the focal point of the auxiliary reflector 7 with the focal point of the main reflector 3 and thus also with the feed point F1 of a horn parabolic antenna according to the state of the art.

Die Öffnungswinkel al und a2 der Hornabschnitte 2 und 5 sind im Ausführungsbeispiel gleich gewählt. Dies ist zwar keine unabdingbare Forderung; es ergibt sich dadurch jedoch der Vorteil, daß ein Teil 5' des Hornabschnittes 5 gleichzeitig ein Teil des Hornabschnittes 2 darstellt, wodurch sich zwangsläufig eine in sich geschlossene Form der erfindungsgemäßen Antenne ergibt.The opening angles a1 and a2 of the horn sections 2 and 5 are in the exemplary embodiment chosen the same. This is not an indispensable requirement; it arises from it however, the advantage that a part 5 'of the horn section 5 is also a part of the horn section 2, which inevitably results in a self-contained Shape of the antenna according to the invention results.

Die Öffnungswinkel al und a2 können entsprechend den elektrischen und mechanischen Anforderungen gewählt werden. Dabei ergeben Winkel zwischen etwa 200 und 400 im allgemeinen einen günstigen Kompromiß zwischen mechanischer Größe und elektrischer Leistungsfähigkeit der Antenne. Die bei bekannten Antennen dieser Art erforderliche große Witterungsschutzplatte an der Ausgangs öffnung 4 erübrigt sich bei der erfindungsgemäßen Antenne und kann dort gegebenenfalls durch ein kleines und entsprechend dünnes Fenster am Querschnitt 8 ersetzt werden.The opening angles a1 and a2 can correspond to the electrical and mechanical requirements can be selected. This results in angles between approximately 200 and 400 generally represent a favorable compromise between mechanical size and electrical performance of the antenna. The known antennas of this Type required large weather protection plate at the exit opening 4 is unnecessary with the antenna according to the invention and can there optionally by a small and correspondingly thin window at the cross section 8 can be replaced.

In der Figur wird deutlich, daß die Länge L1 der klassischen Ausführung auf die Länge L2 verringert ist, wobei L2 etwa 3/4 bis 2/3 von L1 betragen kann.In the figure it is clear that the length L1 of the classic design is reduced to the length L2, where L2 can be about 3/4 to 2/3 of L1.

Besonders günstig ist, daß der Speisepunkt F2 für die Verlegung der Speisehohlleiter sowie für die Montage von Polarisations-und Systemweichen wesentlich zugänglicher ist als der Speisepunkt F1 einer Hornparabolantenne nach dem Stand der Technik.It is particularly favorable that the feed point F2 for laying the Feed waveguides as well as for the assembly of polarization and system switches are essential is more accessible than the feed point F1 of a horn parabolic antenna according to the state of the technique.

Außer der geringen Bauhöhe zeichnet sich die erfindungsgemäße Antenne durch Kompaktheit und mechanische Stabilität aus. Dadurch, daß sie nach allen Seiten geschlossen ist, ist innerhalb der Antenne bis zur Austrittsöffnung 4 immer eine leitungsgebundene Welle gewährleistet.In addition to the low overall height, the antenna according to the invention is distinguished characterized by compactness and mechanical stability. By being on all sides is closed, there is always one inside the antenna up to the exit opening 4 cable-bound wave guaranteed.

9 Patentansprüche 1 Figur9 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1.Hornparabolantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem als Parabolausschnitt ausgeführten Reflektor und mit einem bis zum Reflektor verlängerten, den Speisepunkt enthaltenden und einfach umgelenkten Speisehorn, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Speisung nach Art einer Cassegrain-Antenne vorgesehen ist, derart, daß zwischen dem Speisehorn (5) und dem Reflektor (3) (Hauptreflektor) ein aus zwei Hilfsreflektoren (6,7) bestehendes Umlenksystem zur doppelten Strahlumlenkung vorgesehen ist. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Horn parabolic antenna for very short electromagnetic waves with a reflector designed as a parabolic cutout and with one extended to the reflector, containing the feed point and simple Deflected feed horn, d u r c h e k e nn n e i c h n e t that a feed is provided in the manner of a Cassegrain antenna, such that between the feeder horn (5) and the reflector (3) (main reflector) one consisting of two auxiliary reflectors (6,7) Deflection system is provided for double beam deflection.

2. Hornparabolantenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Speisehorn (5) mit dem Umlenksystem und dem Hauptreflektor (3) als eine kompakte in sich geschlossene, lediglich eine Ausgangsöffnung (4) aufweisende Baueinheit ausgebildet ist.2. Horn parabolic antenna according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the feed horn (5) with the deflection system and the main reflector (3) as a compact, self-contained, only one outlet opening (4) having Unit is formed.

3. Hornparabolantenne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hilfsreflektoren (6,7) als Parabolausscbnitte ausgeführt sind.3. Horn parabolic antenna according to claim 1 or claim 2, d a -d u r It is noted that the auxiliary reflectors (6,7) are parabolic sections are executed.

4. Hornparabolantenne nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Brennpunkt des ersten Hilfsreflektors (6) in den Speisepunkt (F2) gelegt ist, und daß der Brennpunkt des zweiten Hilfsreflektors (7) mit dem Brennpunkt (F1) des Hauptreflektors (3) übereinstimmt.4. Horn parabolic antenna according to claim 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the focal point of the first auxiliary reflector (6) is in the feed point (F2) is placed, and that the focal point of the second auxiliary reflector (7) with the Focal point (F1) of the main reflector (3) matches.

5. Hornparabolantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Speisehorn (5) ein Kegel-Speisehorn vorgesehen ist.5. Horn parabolic antenna according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n n z e i c h n e t that the food horn (5) is a conical food horn is provided.

6. Hornparabolantenne nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Speisehorn (5) ein Pyramiden-Speisehorn vorgesehen ist.6. Horn parabolic antenna according to claim 1 to claim 4, d a -d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that a pyramid dining horn (5) is used is provided.

7. Hornparabolantenne nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Größe des offnungswinkels des zweiten Hilfsreflektors (7), vom Brennpunkt (F1) des Hauptreflektors (3) aus betrachtet, Ubereinstimmend mit der Größe des Öffnungswinkels (a1) des Hauptreflektors (3) gewählt ist, und daß die Größe des Öffnungswinkels (a2) des Speisehorns (5) damit übereinstimmend gewählt ist.7. Horn parabolic antenna according to one of claims 3 or 4, d a -d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the size of the opening angle of the second Auxiliary reflector (7), viewed from the focal point (F1) of the main reflector (3), Chosen to match the size of the opening angle (a1) of the main reflector (3) is, and that the size of the opening angle (a2) of the feed horn (5) is consistent with it is chosen.

8. Hornparabolantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch Korrektur der Hilfsreflektoren (6) und (7) die Flächenbelegung des Hauptreflektors (3) einstellbar ist.8. Horn parabolic antenna according to one of the preceding claims, d a D u r c h e k e n n n n e i c h n e t that by correcting the auxiliary reflectors (6) and (7) the area coverage of the main reflector (3) is adjustable.

9. Hornparabolantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch eine Korrektur des Hauptreflektors (3) die Phase der Belegungsfunktion einstellbar ist.9. Horn parabolic antenna according to one of the preceding claims, d a it is not indicated that by correcting the main reflector (3) the phase of the occupancy function is adjustable.