-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennensystem unter Verwendung einer
Wendelantenne für den Empfang von Hochfrequenzen und insbesondere für den
Empfang von Mikrowellen.
-
Eine Wendelantenne besteht aus einem einzelnen Leiter oder aus mehreren Leitern,
die zu einer Wendelform gewickelt sind. Neben einigen anderen möglichen Modi wird
eine Wendelantenne normalerweise in einem sogenannten Axialmodus oder einem
Normalmodus betrieben. Der Axialmodus bewirkt maximale Ausstrahlung entlang
der Wendelachse, die sich ergibt, wenn der Umfang der Wendel in der
Größenordnung von einer Wellenlänge liegt. Der Normalmodus, der eine Abstrahlung zur Seite
der Wendelachse bewirkt, tritt dann auf, wenn der Wendeldurchmesser klein relativ
zu einer Wellenlänge ist. Für die Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ist
der Axialmodus von besonderem Interesse.
-
Die Anwendung von Wendelantennen für Antennensysteme ist weithin bekannt. Zum
Beispiel zeigt das US-Patent 3 184 747 eine koaxial eingespeiste Wendelantenne, die
eine Direktorpiatte zwischen dem Einspeisepunkt und der Wendel aufweist, die eine
Endausstrahlung in Richtung der Platte bewirkt. In diesem US-Patent werden die
Abmessungen der Wendel für ein derartiges Antennensystem angegeben.
-
Aus der US 4 494 117 ist außerdem ein Antennensystem für den Empfang
elektromagnetischer Strahlung aus einer oder mehreren Richtungen bekannt, wobei jede
dieser Strahlungen unterschiedliche Polarisationsrichtungen haben kann.
-
Die US 4 742 359 zeigt ein Antennensystem, das eine Wendelantenne mit zwei
Enden verwendet, wobei das erste Ende mit einer Speiseleitung verbunden ist. Für die
folgende Erläuterung wird vorausgesetzt, daß die Speiseleitung in einer Linie liegt mit
der Achse der Wendelantenne. Eine derartige Wendelantenne kann als eine
sogenannte Endstrahl-Wendelantenne ausgebildet sein, wobei unter Bedingungen maximal
empfangener Leistung der Signalleistungsfluß an dem ersten Ende in derselben
Richtung
liegt wie die empfangene Strahlung. Eine derartige Wendelantenne kann auch
als sogenannte Rückstrahl (backfire)-Wendelantenne ausgebildet sein, wobei unter
den Bedingungen maximal empfangener Leistung die Richtung des
Signalleistungsflusses an dem ersten Ende in der entgegengesetzten Richtung liegt zu der
empfangenen Strahlung.
-
In dem genannten US-Patent ist ein Antennensystem dargestellt, das einen Reflektor
und eine primäre Wendelantenne enthält, die eine Spule mit einem Paar von Enden
aufweist, wobei die Spule an dem Brennpunkt des Reflektors liegt, so daß die Achse
der Wendelantenne im wesentlichen mit der Achse des Reflektors zusammenfällt.
Eine Speiseleitung verbindet das Antennensystem mit einer externen Schaltung, so
daß die primäre Wendelantenne eine Rückstrahl-Wendelantenne darstellt, die an dem
dem Reflektor näheren Ende mit der Speiseleitung verbunden ist, wobei das andere
Ende der Wendelantenne frei ausläuft und die Speiseleitung durch ein Koaxialkabel
gebildet wird.
-
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 92/13373 ist es ferner bekannt, eine
oder mehrere wendelförmige Speiseleiter zusammen mit einer dielektrischen Linse
anzuwenden. Dadurch können Signale aus verschiedenen Richtungen gleichzeitig
empfangen werden.
-
In dem Axialmodus empfängt eine wie eine rechtsgängige Schraube gewickelte
Wendel eine rechtsgängige Zirkularpolarisation, während eine wie eine linksgängige
Schraube gewickelte Wendel eine linksgängige Polarisation empfängt. Das bedeutet,
daß bekannte Systeme zum Empfang von unterschiedlichen Zirkularpolarisationen
zwei oder mehrere Wendeln aufweisen. Für den Empfang einer linearpolarisierten
Strahlung verwenden bekannte Systeme zwei oder mehrere Wendeln, die in
entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind. Diese Wendeln können nebeneinander liegen
oder in Reihe geschaltet sein.
-
Ein deratiges bekanntes Antennensystem tür den Empfang unterschiedlicher
Polarisationen ist ziemlich voluminös Wenn derartige Speiseleiter zusammen mit
Bündelungsmitteln verwendet werden, zum Beispiel einem Parabolreflektor, einer
dielektrischen Linse oder dergl., muß die Wendelantenne oder genauer ihr Phasenmittelpunkt
für jede Polarisationsrichtung mit dem Brennpunkt der Bündelungsmittel
zusammenfallen. Die Verwendung von zwei getrennten Wendeln ist manchmal im Hinblick auf
den Verstärkungsverlust und/oder die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden
entgegengesetzt polarisierten Wendeln aufgrund einer unvermeidbaren
Defokussierung und Nähe nicht akzeptabel.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes Antennensystem zum
Empfang von mehreren elektromagnetischen, vorzugsweise Mikrowellen-Signalen,
mit vier unterschiedlichen, wählbaren Polarisationen zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Antennensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Gemäß der Erfindung kann die Polarisation, linksgängig-zirkular,
rechtsgängig-zirkular oder linear, eines zu empfangenen Signals dadurch geändert werden, daß ein
entsprechendes Ende einer als Wendelantenne verwendeten Spule an eine
Speiseleitung angeschlossen wird.
-
Wenn eine erste Zirkularpolarisation, zum Beispiel rechtsgängig, empfangen werden
soll, arbeitet die Wendel im Axial-Endstrahl-Modus. Zum Empfang der
entgegengesetzten Zirkularpolarisation ist die Wendel so geschaltet, daß sie im
Axial-Rückstrahl-Modus arbeitet.
-
Das hat den Vorteil, daß für ein Antennensystem gemäß der Erfindung nur eine
Wendel benötigt wird. Dadurch können die Phasenmittelpunkte der beiden
entgegengesetzten Zirkularpolarisationen sehr nahe beieinander liegen, im Idealfall
zusammenfallen, und die oben genannten Probleme bei den Systemen nach dem Stand der
Technik können vermieden werden.,
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Details der Erfindung werden anhand der Zeichnung
an den folgenden Ausführungsformen erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine
bevorzugte Ausführungsform
-
In der Figur fokussiert ein Reflektor 10, der parabolisch oder dergl. ausgebildet sein
kann, eine ankommende (nicht dargestellte) Strahlung an seinem Brennpunkt.
Entlang der Achse des Reflektors 10 und im Bereich seines Brennpunktes ist eine
Wendel 11 vorgesehen, die als in Form einer Spule gewickelter Leiter ausgebildet ist, mit
einer Wendellänge von ungefähr Lambda, wobei Lambda die Wellenlänge der zu
empfangenen Strahlung ist. Die Wendel 11 hat ein erstes Ende 12. Der Abstand
zwischen diesem Ende und dem Reflektor 10 ist abhängig von f/D, worin f die
Brennweite des Fokussiersystems, hier des Reflektors 10, und D der Durchmesser
dieses Fokussiersystems ist.
-
Ein zweites Ende 13 der Wendel 11 liegt weiter weg von dem Reflektor 10 als das
erste Ende 12. Das erste Ende 12 der Wendel 11 kann über ein erstes
Schaltelement 14 mit einem Innenleiter 15 einer Speiseleitung 16 verbunden sein. Das zweite
Ende 13 kann über ein zweites Schaltelement 17 mit dem Innenleiter 15 verbunden
sein. Es ist ein Phasenschieber 18 vorgesehen, um in dem mittleren Bereich der
Wendel 11 eine Verbindung zwischen dem Innenleiter 15 und dem Außenleiter 16a der
Speiseleitung 16 zu bilden.
-
in dieser Ausführungsform sind die Schaltelemente 14 und 17 als Schaltdioden
ausgebildet. Es sei bemerkt, daß alle anderen Arten von Schaltern denkbar sind, wie
Relays, Transistoren usw.. Der Phasenschieber 18 ist in dieser Ausführungsform
durch einen Phaseneinsteller in Form einer Durchlaßdiode ausgebildet. Es sei
bemerkt, daß auch andere Arten von Phaseneinstellern möglich sind.
-
Die Schaltelemente werden durch Steuersignale S1, S2 gesteuert, und der
Phasenschieber wird durch ein Signal S3 gesteuert. Diese Signale S1, S2, S3 werden von
einer elektronischen Steuerschaltung 19 geliefert, die entsprechende informationen
von einem Eingangsgerät 20 empfängt. Zwischen der Steuereinheit 19 und den
Elementen 14, 17, 18 sind Filter 21 vorgesehen, die die durch die Wendel 11
empfangenen Signale von der Steuereinheit 19 entkoppeln.
-
Die durch die Wendel 11 empfangenen Signale werden über die Speiseleitung 16
weiteren elektronischen Bauteilen zugeführt, die durch den Block 22 angedeutet sind
und einen rauscharmen Konverter (LNC = bw noise converter), Mischer,
Oszillatoren, Verstärker und dergl. enthalten können und die Informationen der empfangenen
Signale derart verarbeiten, daß entsprechende Tonwiedergaben und/oder Bilder
erzeugt werden.
-
Am Ende. der Wendel 11 ist ein flacher Reflektor 23 vorgesehen, der als eine Platte
mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr
-
1/2 Lambda bis 3/4 Lambda
-
ausgebildet ist.
-
Ein Direktor 24 mit einem Durchmesser von ungefähr 1/3 Lambda ist zwischen der
Wendel 11 und dem Parabol reflektor 10 vorgesehen. Der Reflektor 23 und der
Direktor 24 können zum Beispiel auch als eine rechteckförmige Platte oder dergl.
ausgebildet sein.
-
Wie in der Figur angedeutet, ist die Wendel rechtsgängig gewickelt. Für die Erklärung
der Wirkungsweise der Anordnung der Figur kann die folgende Tabelle 1 nützlich
sein.
Tabelle 1
-
wobei
-
R H C P : rechtsgängige Zirkularpolarisation
-
L H C P : linksgängige Zirkularpolarisation
-
V L P : vertikale Linearpolarisation
-
H L P : horizontale Linearpolarisation
-
Was die zu empfangende Polarisation betrifft, soll folgendes erwähnt werden. Die
Richtung einer Zirkularpolarisation einer zu empfangenden Strahlung wird durch jede
Reflexion, zum Beispiel an dem Parabolreflektor 10, invertiert. Das bedeutet, daß
eine ungerade Anzahl von Reflexionen eine entgegengesetzte Zirkularpolarisation
und eine gerade Zahl von Reflexionen eine Polarisation in der ursprünglichen Richtung
bewirkt.
-
Für den Empfang einer Zirkularpolarisation, RHCP bzw. LHCP, ist die durch den
Phasenschieber 18 bewirkte Phasenschiebung nicht relevant. Das bedeutet, daß jeder
Zustand der Phasenschiebung verwendet werden kann. Für den Empfang einer
Zirkularpolarisation werden nur zwei diskrete Zustände der Phasenschiebung, +90º bzw.
90º, benötigt. Diese Zustände werden durch die körperlichen Parameter des
Phasenschiebers 18 bestimmt und sind durch ein Steuersignal auswählbar, das eine
Gleichspannung mit entsprechenden Werten sein kann.
-
Das in der Figur dargestellte Antennensystem kann zum Beispiel für den Empfang
von von einem Satelliten gesendeten Fernsehsignalen eingesetzt werden. Wenn der
Betrachter Fernsehsignale mit einer ersten Zirkularpolarisation auswählen möchte,
gibt er eine entsprechende Information über das Eingangsgerät 20 ein, das ein
entsprechendes Signal an die Steuereinheit 19 liefert. Diese steuert die Elemente 14,
17, 18 derart, daß das Schaltelement 14 "ein" und das Schaltelement 17 "aus" ist.
Dadurch ist das erste Ende 12 der Wendel 11 mit dem Innenleiter 15 verbunden, die
Wendel 11 arbeitet im Axial-Rückstrahl-Modus, und es wird vorzugsweise eine
Strahlung mit einer ersten Zirkularpolarisation, zum Beispiel linksgängig, empfangen.
-
Für den Empfang der entgegengesetzten Zirkularpolarisation, zum Beispiel
rechtsgängig, ist das Schaltelement 14 "aus", und das Schaltelement 17 ist "ein".
Dadurch arbeitet die Wendel im Axial-Endstrahl-Modus, und es kann die linksgängige
Zirkularpolarisation empfangen werden.
-
Für den Empfang von Signalen mit Linearpolarisation werden beide Schalter 14, 17
derart gesteuert, daß sie "ein" sind. Dadurch werden der Axial-Endstrahl-Modus und
der Rückstrahl-Modus gleichzeitig mit gleicher Amplitude angeregt. Die Kombination
der beiden orthogonalen Zirkularpolarisation resultiert in einer auf den Reflektor 10
gestrahlten Linearpolarisation.
-
Die Richtung dieser resultierenden Strahlung ist durch einen Phasenunterschied
zwischen den beiden Zirkularpolarisationen festgelegt. Dieser Phasenunterschied wird
mittels des Phasenschiebers 18 gesteuert, der in dieser Ausführungsform als
Durchlaßdiode ausgebildet ist.
-
Versionen der beschriebenen Ausführungsformen können wenigstens eine der
folgenden Abwandlungen enthalten:
-
- anstelle der Schalter 14, 17 kann eine feste Verbindung zwischen den Enden
12, 13 der Wendel 11 und dem Innenleiter 15 vorgesehen sein. Dadurch ist es
möglich, jede Art von Signalen mit Linearpolarisation zu empfangen, nämlich
vertikal (VLP) oder horizontal (HLP);
-
- wenn der Empfang nur einer Zirkularpolarisation gefordert wird, kann ein
Antennensystem ohne den Phasenschieber 18 ausgebildet sein;
-
- anstelle der Verwendung des Parabolreflektors 10 können andere Mittel zum
Bündeln einer zu empfangenden Strahlung verwendet werden. Eine derartige
Bündelung kann durch Beugung, Brechung und/oder Reflexion erreicht werden.
Ein bevorzugtes Bündelungsmittel mit Brechung ist eine dielektrische Linse, die
eine sphärische oder hemi-sphärische Lüneburg-Linse oder dergl. sein kann. In
diesen Fällen können eine oder mehrere Wendeln vorgesehen sein, die in dem
Bereich des jeweiligen Brennpunktes liegen.