Antenne zum Empfang von von Rundfunksatelliten abgestrahlten zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen

Abstract

 Die für Einzel- oder Gemeinschaftsantennenanlagen geeignete Antenne weist zum Empfang zirkular polarisierter, von Rundfunksatelliten, insbesondere im 12 GHz-Bereich abgestrahlter, elektromagnetischer Wellen, einen Reflektor (2) auf, der die Form eines unsymmetrischen Ausschnitts aus einem Paraboloid hat. Auf den Reflektor (2) ist ein auf der Symmetrieachse (4) des Paraboloids überwiegend außerhalb des sekundären Strahlungsfelds des Reflektors (2) angeordneter Primärstrahler (6) gerichtet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Empfang von von Rundfunksatelliten abgestrahlten zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen, insbesondere im 12 GHz-Bereich, für Einzel- oder Gemeinschaftsantennenanlagen.

[0002] Die Anforderungen an solche Antennen sind /1/ festgelegt und im Vergleich zu z.B. aus der Richtfunktechnik-bekannten Antennen relativ hoch, zumal zirkulare Polarisation gefordert ist.

[0003] Die im 12 GHz-Bereich bisher bevorzugte Richtantennen-Bauform für hohen Gewinn ist die rotationssymmetrische Parabolantenne. Zwei verschiedene Bauformen sind bekannt: die Doppelreflektorantenne und die Einfachreflektorantenne, im folgenden "Cassegrainantenne" und "direkt gespeiste Parabolantenne" genannt. In der Richtfunktechnik wird die Cassegrainantenne bevorzugt, da mit ihr neben anderen Vorzügen hohe Flächenausnutzungsgrade und gute Weitab-Nebenkeulendämpfungen erreicht werden /2/. Für die wesentlich kleineren Einzelempfangsantennen zum Direktempfang von Rundfunksatelliten (Durchmesser unter 1 m) ist das Cassegrain-Prinzip nicht mehr vorteilhaft. Für diesen Anwendungsfall wurden deshalb Vorentwicklungen durchgeführt, die das Prinzip der direkt gespeisten Parabolantenne bevorzugen. Der Entwicklungsstand dieser Einzelempfangsantennen ist in /3/ dargestellt.

[0004] Durch die Forderung nach zirkularer Polarisation mit entsprechender Güte /1/ wird die Realisierung direkt gespeister Parabolantennen problematisch. Eine direkt gespeiste Parabolantenne erzeugt durch ihre Geometrie mehr Kreuzpolarisationsanteile als üblicherweise eine Cassegrainantenne. Die Kreuzpolarisation zusammen mit den Bautoleranzen im Polarisator des Speisesystems sind nur mit besonderem Aufwand innerhalb der gesamten Bandbreite unter der festgelegten Grenze von -25 dB bzw. -20 dB zu halten.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Antenne anzugeben, die die festgelegten Anforderungen erfüllt, die aber aus Komponenten mit sehr großen Bautoleranzen hergestellt und ohne Abgleich zusammengebaut werden kann.

[0006] Die bisherige Entwicklung von Einzelempfangsantennen für den Satellitenfunk-Direktempfang ist vom Kenntnisstand der Richtfunktechnik (linear polarisiert) geprägt. Es gibt jedoch eine an sich bekannte Form der Parabolantenne, die nur selten angewandt wird und für andere Frequenzen oder Spezialanwendungen eingesetzt wird. Diese andere Form hat Eigenschaften, die, wenn sie entsprechend beachtet werden, besonders nutzbringend zur Lösung der angegebenen Aufgabe sind.

[0007] Zur Lösung der genannten Aufgabe ist die Antenne gekennzeichnet durch einen Reflektor, der die Form eines unsymmetrischen Ausschnitts aus einem Paraboloid aufweist und durch einen auf den Reflektor gerichteten, auf der Symmetrieachse des Paraboloids überwiegend außerhalb des sekundären Strahlungsfelds des Reflektors angeordneten Primärstrahler.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 zeigt schematisch eine rotationsunsymmetrische Parabolantenne im Vertikalschnitt;

Fig. 2 zeigt schematisch die Antenne nach Fig. 1 in Blickrichtung von links.

[0009] Die rotationsunsymmetrische Parabolantenne nach dem Ausführungsbeispiel weist einen Reflektor 2 auf, der die Form eines Ausschnitts aus einem Paraboloid aufweist. Der Ausschnitt ist unsymmetrisch und liegt überwiegend auf einer Seite einer die Symmetrieachse des Paraboloids enthaltenden Ebene (oberhalb dieser Ebene). Ein Primärstrahler 6 ist überwiegend außerhalb des sekundären Strahlungsfelds des Reflektors 2 angeordnet (er liegt unterhalb der die Symmetrieachse 4 enthaltenden Ebene).

[0010] _Da der Primärstrahler 6 überwiegend außerhalb des sekundären Strahlungsfelds des Reflektors 2 angeordnet ist, ergeben sich folgende, an sich bekannte Vorteile:

a) der Primärstrahler 6 schattet nicht die Fläche des Reflektors 2 ab; man erhält also eine hohe Flächenausnutzung des Reflektors,

b) man erhält keine durch Abschattung stark verschlechterte Nebenkeulendämpfung,

c) ohne daß eine Rückstrahlung in den Primärstrahler kompensiert oder vernichtet werden muß, erhält man eine erhebliche Breitbandigkeit.

[0011] Diese Vorteile würden an sich nicht ausreichen, um die erläuterte Antenne zur Löschung der genannten Aufgabe einzusetzen.

[0012] Maßgeblich hierfür sind vielmehr folgende, nicht auf der Hand liegende Erwägungen:

[0013] Bei der dargestellten Antenne hat der Winkel zwischen der Hauptstrahlrichtung 8 des Primärstrahlers 6 und der Hauptstrahlrichtung 10 des Reflektors 2 die Größe ϕ. In die in Hauptstrahlrichtung 10 projizierte Apertur des _Reflek- tors 2 sind in Fig. 2 gestrichelt Linien eingezeichnet, die den in der Apertur eines idealen Primärstrahlers 6 erschei- _nenden E- und H-Feldlinien entsprechen, wenn dieser keine eigenen Kreuzpolarisationsanteile abstrahlt, wenn er also z.B. ein Hybridmode-Hornstrahler ist. Wegen des von Null verschiedenen Winkels ψ erscheinen die vom Primärstrahler 6 zueinander und zur Hauptstrahlrichtung 10 orthogonal ausgerichteten E- und H-Feldlinien in der projizierten Apertur entsprechend gekrümmt. Bei linearer Polarisation erzeugt diese Feldverteilung sehr hohe Kreuzpolarisationsstrahlungen (Größenordnung etwa -20 dB).

[0014] Bei zirkularer Polarisation ergibt sich jedoch folgender Zusammenhang:

[0015] Die in Fig. 2 eingezeichneten gekreuzten Pfeile können bei zirkularer Polarisation als Darstellung von zwei E-Feld-Vektoren angesehen werden, die durch 90°-Phasenverschiebung zeitlich nacheinander auftreten. Der Drehsinn der zirkularen Polarisation ist eingezeichnet. Die auf der rechten und der linken Hälfte des Reflektors 2 gleichzeitig auftretenden Feldlinienrichtungen weisen einen geometriebedingten Winkelunterschied auf, dessen Größe von der Brennweite des Reflektors 2 abhängig ist. Bei zirkularer Polarisation entspricht dieser Winkelunterschied lediglich einem Phasenunterschied der von der Oberfläche des Reflektors 2 abgestrahlten Welle, die zu einer schrägen Phasenfront 12 der zirkular polarisierten Welle in Bezug auf die Aperturebene 14 führt.

[0016] Der Winkelunterschied bewirkt aber auch, daß der Reflektor 2 bei zirkularer Polarisation keine geometriebedingte Kreuzpolarisation erzeugt. Durch die schräge Phasenfront 12 wird zwar stattdessen ein leichtes Schielen der Hauptkeule verursacht, das jedoch wegen seiner Geringfügigkeit im vorliegenden Anwendungsfall völlig bedeutungslos ist.

[0017] Das Fehlen einer durch den Reflektor 2 erzeugten Kreuzpolarisation gestattet eine sehr unproblematische und billige Fabrikation aller Komponenten: Strahler, Polarisator und gegebenenfalls eine Polarisationsweiche für den Empfang von Nachbar-Satelliten können mit verhältnismäßig großen Bautoleranzen hergestellt werden, da diese Komponenten bei üblicher Reflektorformgenauigkeit die erlaubten Kreuzpolarisationswerte voll ausnutzen können. Diese Vorteile können natürlich auch bei größeren Antennen (0 2 m) für Gemeinschaftsanlagen ausgenutzt werden.

Stand der Technik

[0018] /1/ "Final Acts" der World Administrative Radio Conference (WARC) 1977, Genf

[0019] /2/ Löw, W. Gillitzer, E.,:"Eine Cassegrain-Antenne für den 11 GHz-Richtfunk", NTG-Fachberichte Band 70, "Richtfunk", S. 127...132.

[0020] /3/ Schönborn, R.: "Empfang von Rundfunksatelliten-Signalen im Frequenzbereich um 12 GHz", Deutsche _Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt, Bereich für Projektträgerschaften, Herbst 1980.

Ansprüche

1. Antenne zum Empfang von von Rundfunksatelliten abgestrahlten zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen, ; insbesondere im 12 GHz-Bereich, für Einzel- oder Gemeinschaftsantennenanlagen, gekennzeichnet durch einen Reflektor (2), der die Form eines unsymmetrischen Ausschnitts aus einem Paraboloid aufweist und durch einen auf den Reflektor (2) gerichteten, auf der Symmetrieachse (4) des Paraboloids überwiegend außerhalb des sekundären Strahlungsfelds des Reflektors (2) angeordneten Primärstrahler (6).

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion der Apertur des Reflektors auf eine vor ihm stehende, seine Symmetrieachse rechtwinklig schneidende Ebene rund oder elliptisch ist und der Primärstrahler entsprechend eine Hauptkeule mit rundem oder elliptischem Querschnitt aufweist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler ein offener Halbleiterstrahler, ein Hornstrahler oder ein Koaxialstrahler jeweils mit runder, elliptischer oder mehreckiger - insbesondere rechteckiger - Apertur ist.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler ein einfacher Hornstrahler mit glatten Innenwänden ist.

5. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler ein Rillenhornstrahler ist.

6. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärstrahler ein Hybridmode-Hornstrahler ist.

Zeichnung