Einrichtung zur Verhinderung einer Strahlungskeulenauslenkung bei einer für Zirkularpolarisation vorgesehenen Antenne mit einem gekrümmten Reflektor und einem seitlich einstrahlenden Primärstrahler

Abstract

 Im Zuführungshohlleiter (7) zum Antennenhornstrahler (8) werden mittels eines einen äußeren Signaleingang (5) aufweisenden Modenkopplers (6) Wellen eines im Vergleich zur Grundwelle höheren Wellentyps eingekoppelt, die gegenphasig die gleiche Amplitude haben wie Wellen desjenigen Wellentyps, der die gleiche störende Strahlungskeulenauslenkung hervorrufen würde, wie der gekrümmte Reflektor sie tatsächlich verursacht. Der Modenkoppler wird am äußeren Signaleingang von einem Korrektursignal beaufschlagt, das vom Grundwellensignal im Zuführungshohlleiter mittels eines Kopplers (3) abgeleitet und in einem Korrektursignalweg mittels eines Korrekturnetzwerks (4) phasen- und amplitudenmäßig passend eingestellt wird, so daß eine breitbandige Anregung der gegenphasigen Kompensationswelle möglich ist. Die Einrichtung nach der Erfindung ist zur Anwendung bei Satelliten- und Richtfunkantennen geeignet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verhinderung einer störenden, aufgrund der Umlenkung an einem asymmetrischen, gekrümmten Reflektor verursachten Strahlungskeulenauslenkung bei einer Antenne, auf deren gekrümmten Reflektor zirkularpolarisierte Wellen von einem als Horn- oder Hohlleiterstrahler ausgebildeten Primärstrahler seitlich eingestrahlt werden, wobei in der Hohlleiterzuführung des Primärstrahlers Wellen eines im Vergleich zur Grundwelle höheren Wellentyps angeregt sind, die in entgegengesetzter Phasenlage gleiche Amplituden haben wie die Wellen desjenigen Wellentyps, der die gleiche störende Strahlungskeulenauslenkung hervorrufen würdewie sie der gekrümmte Reflektor tatsächlich verursacht.

[0002] Für Antennen im Mikrowellenbereich wird vielfach eine Kombination aus einem gekrümmten Reflektor und einem seitlich (off-set) einstrahlenden Hornstrahler verwendet. Ein derartiger Reflektor ist zumeist.ein Ausschnitt aus einer Rotationsfläche, die durch eine Kegelschnittkurve erzeugt wird. Ein Brennpunkt des Reflektors fällt in der Regel mit dem Phasenzentrum des Hornstrahlers zusammen. Solche Anordnungen werden entweder als eigene Antennen für Richtfunk, z.B. in Form von Hornparabolantennen und Muschelantennen, oder auch zur Speisung großer Reflektorantennen im Satellitenfunk, beispielsweise als Hornparabol oder bei einem Strahlwellenleiter, eingesetzt.

[0003] Typisch für das Strahlungsverhalten dieser seitlich gespeisten Reflektoren ist bei Linearpolarisation ein relativ hoher Anteil der Kreuzpolarisation in derjenigen Diagrammebene des Fernfelddiagramms, die der zur Symmetrieebene des Reflektors senkrechten Transversalebene zugeordnet ist.

[0004] Bei Zirkularpolarisation entstehen allerdings keine orthogonal polarisierten Anteile mit entgegengesetzem Drehsinn. Es tritt vielmehr eine kleine Äuslenkung der Haüptstrahlungskeule aus der ursprünglich geforderten Hauptstrahlrichtung und zwar ebenfalls in der Transversalen auf.

[0005] Die Entstehung dieser ungewünschten Strahlungskeulenauslenkung läßt sich rein geometrisch folgendermaßen verdeutlichen.

[0006] Wird ein z.B. rotationssymmetrischer Parabolreflektor mit einem zunächst lineare Polarisation abgebenden Primärstrahler drehsymmetrisch ausgeleuchtet (Huyghens-Quelle), so ist das nach der Reflexion am Reflektor entstehende Aperturfeld ebenfalls drehsymmetrisch. Wird bei seitlicher Speisung die Strahlerachse gegen die Reflektorachse geneigt, so tritt eine Verzerrung des Aperturfeldes in der Weise auf, daß die Feldlinien mit zunehmendem Achsabstand divergieren und damit Querkomponenten aufweisen, die orthogonal zur Sollpolarisation stehen.

[0007] Bei Zirkularpolarisation existieren in jedem Punkt der Apertur zwei zueinander senkrecht stehende, der zirkularen Kopolarisation entsprechende Feldkomponenten, die eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90° auf weisen. Die Kombination dieser beiden Vektoren und die des dazugehörenden phasenunsymmetrischen Paares von kreuz- pol,-arisierten Vektoren haben denselben Drehsinn. Die Summe beider Signale ergibt reine Zirkularpolarisation, die Addition der symmetrischen und der unsymmetrischen Komponenten bewirkt jedoch eine Auslenkung des Strahlungsmaximums.

[0008] Die Konfiguration des für die unerwünschte Hauptstrahlauslenkung verantwortlichen freien Feldes in der Querschnittsebene nach dem Reflektor läßt sich auch durch ein Spektrum höherer Wellentypen beschreiben, die zusätzlich zum vorhandenen Grundwellentyp vom Reflektor angeregt werden (Analogie zur Anregung höherer Wellentypen in Hohlleitern durch Störstellen). Wenn ein derart verzerrtes Feld, das in dieser Form erst durch die Umlenkung am .gekrümmten Reflektor entstanden ist, auf die Apertur eines am Ort des Brennpunktes angeordneten Hohlleiterstrahlers auftrifft, so können entsprechende höhere Wellentypen auch im Hohlleiter angeregt werden. Sie können sich im Hohlleiter solange ausbreiten, bis der Querschnitt zu klein wird. Von da an werden diese Wellentypen reflektiert. Der Querschnitt kann aber häufig nicht so klein gemacht werden, da z.B. für Peilzwecke Moden mit ähnlichen Grenzfrequenzen wie diejenigen der.Störmoden verwendet werden.

[0009] Das Prinzip, eine Kompensation der absoluten und frequenzabhängigen Keulenauslenkung (beam squint) bei einer seitlich gespeisten Reflektorantenne für Zirkularpolarisation zu erreichen, besteht in der Anregung entsprechender gegenphasiger Wellentypen gleicher Amplitude durch Maßnahmen im Zuführungshohlleiter oder im Primärstrahler selbst. Dabei wird das vom Primärstrahler erzeugte Feld demjenigen des Umlenkreflektors im Sinne der Kompensation möglichst optimal angepaßt.

[0010] Untersuchungen über Verfahren, die nach diesem Prinzip die Kompensation der Kreuzpolarisation bei Linearpolarisation in einem stark eingeschränkten Frequenzbereich bewirken, sind bereits veröffentlicht worden. In diesem Zusammenhang wird auf den Aufsatz von A.W. Rudge und N.A. Adatia: "Offset-Parabolic-Reflector Antennas" in Proceedings IEEE, Vol. 66, No. 12, Dez. 1978, Seiten 1592 bis 1618 hingewiesen. Der wesentliche Nachteil dieser _bekannten Lösungen liegt jedoch darin, daß die Anregung der kompensierenden höheren Wellen stets durch Stifte oder ähnliche Störstellen, z.B. Schlitze in der Wand mit außen angesetzten Blindhohlleitern, innerhalb des Zuführungshohlleiters oder in der Apertur des Primärstrahlers erfolgt. Mit diesen bekannten Anordnungen ist eine breitbandige Anregung der gegenphasigen Kompensationswelle nicht möglich. ₀

[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, eine deutliche Verringerung der absoluten und frequenzabhängigen Hauptkeulenauslenkung breitbandig bei einer seitlich gespeisten, mit Zirkularpolarisation betriebenen Reflektorantenne mit verhältnismäßig einfachen Mitteln zu erreichen.

[0012] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Hohlleiterzuführung des Primärstrahlers ein nach Art eines Peilwellenkopplers aufgebauter Modenkoppler eingebaut ist, der einen äußeren Signaleingang aufweist, an welchen ein Korrektursignal angelegt wird, welches in der Hohlleiterzuführung die jeweils kompensierenden Wellen vom höheren Wellentyp anregt, daß das an den äußeren Signaleingang des Modenkopplers angelegte Korrektursignal dem Ausgang eines externen Korrektursignalwegs entnommen wird, in dessen Verlauf als Korrekturnetzwerk breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepaßte passive Phasen- und Amplitudeneinstellgl'ieder, angeordnet sind, die so bemessen sind, daß über das gewünschte Frequenzband die notwendige Korrektursignalcharakteristik eingestellt wird, und daß der Korrektursignalweg an seiner Eingangsseite über einen Koppler mit dem nur die Grundwelle führenden Teil der Hohlleiterzuführung derart verbunden ist, daß ein Teil des Grundwellensignals in den Korrektursignalweg eingekoppelt wird.

[0013] Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird somit zur Anregung der kompensierenden höheren Wellen im Zuführungshohlleiter ein spezieller Modenkoppler verwendet, der einen äußeren Signaleingang besitzt. Dieser erlaubt im Gegensatz zu den bekannten Lösungen den Aufbau eines externen Korrektursignalwegs, in dessen Verlauf breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepaßte passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder eingebaut sind. Mit deren Hilfe wird eine vorgegebene Phasen- und Amplitudencharakteristik über einen weiten Frequenzbereich nachgebildet, wobei sie nur einmalig fest eingestellt bzw. abgeglichen werden muß. Dieser Signalweg wird.über den Koppler mit dem Grundwellensignal gekoppelt.

[0014] In vorteilhafter Weise wird das Korrektursignal mittels des Korrekturnetzwerks so eingestellt, daß außer der vom Reflektor jeweils erzeugten Keulenauslenkung auch Dispersionen der Phasenlagen in der Hohlleiterzuführung und im Freiraum und außerdem die Eigenschaften des Modenkopplers berücksichtigt sind.

[0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Schaltungsbeispiels erläutert.

[0016] Die Antenne besteht aus einem gekrümmten Reflektor 9, auf den ein mit seinem Speisezentrum im Reflektorbrennpunkt angeordneter Hornstrahler 8 seitlich zirkular polarisierte Wellen einstrahlt. Gespeist wird der Hornstrahler 8 über einen Zuführungshohlleiter 7. Bei Betrachtung in Senderichtung wird über einen Signalkoppler 3 aus einen. nur die Grundwelle führenden Teil 1 des Zuführungshohlleiters ein bestimmter Anteil des ankommenden Grundwellensignals abgeleitet und über eine Leitung 2 einem Korrekturnetzwerk 4 zugeführt. Die im Netzwerk 4 enthaltene Schaltung besteht aus verschiedenen, der Amplitudeneinstellung dienenden Dämpfungskreisen 11 und Phasengliedern 10, die so bemessen sind, daß sie über das gewünschte Frequenzband die notwendige Signalcharakteristik einstellen. Das dem Netzwerk 4 entnommene Korrektursignal wird dann einem äußeren Eingang 5 eines Modenkopplers 6 eingegeben und dort als höherer Wellentyp wieder in den Zuführungshohlleiter 7 eingekoppelt und zusammen mit der Grundwelle vom Hornstrahler 8 zum Reflektor 9 hin abgestrahlt. Das dem äußeren Eingang 5 des Modenkopplers 6 zugeführte zusätzliche Signal ist so geartet, daß es den vom Reflektor 9 jeweils erzeugten Keulenauslenkungsanteil kompensiert, d.h. das Korrekturnetzwerk 4 muß auch beispielsweise Dispersionen der Phasen im Hohlleiter 7, im Freiraum (Nahfeld) und Eigenschaften des Modenkopplers 6 berücksichtigen.

[0017] Der Aufbau, der in der Figur nur prinzipiell dargestellt ist, berücksichtigt natürlich außerdem, daß bei den zur Erzeugung der zirkularen Kopolarisation vorhandenen Feldkomponenten entsprechende Kompensationsfeldkomponenten, die über den Modenkoppler in den Signalweg eingebracht werden, überlagert werden.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Verhinderung einer störenden, aufgrund der Umlenkung an einem asymmetrischen gekrümmten Reflektor verursachten Strahlungskeulenauslenkung bei einer Antenne, auf deren gekrümmten Reflektor zirkularpolarisierte Wellen von einem als Horn- oder Hohlleiterstrahler ausgebildeten Primärstrahler seitlich eingestrahlt werden, wobei in der Hohlleiterzuführung des Primärstrahlers Wellen eines im Vergleich zur Grundwelle höheren Wellentyps angeregt sind, die in entgegengesetzter Phasenlage gleiche Amplituden haben wie die Wellen desjenigen Wellentyps, der die gleiche störende Strahlungskeulenauslenkung hervorrufen würde, wie sie der gekrümmte Reflektor tatsächlich verursacht,
dadurch gekennzeichnet , daß in die Hohlleiterzuführung (7) des Primärstrahlers (8) ein nach Art eines Peilwellenkopplersaufgebauter Modenkoppler (6) eingebaut ist, der einen äußeren Signaleingang (5) aufweist, an welchen ein Korrektursignal angelegt wird, welches in der Hohlleiterzuführung die jeweils kompensierenden Wellen vom höheren Wellentyp anregt, daß das an den äußeren Signaleingang (5) des Modenkopplers (6) angelegte Korrektursignal dem Ausgang eines externen Korrektursignalwegs entnommen wird, in dessen'Verlauf als Korrekturnetzwerk (4) breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepaßte passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder (10, 11), angeordnet sind, die so bemessen sind, daß über das gewünschte Frequenzband die notwendige Korrektursignalcharakteristik eingestellt wird, und daß dem Korrektursignalweg an seiner Eingangsseite (2) über einen Koppler (3) mit dem nur die Grundwelle führenden Teil (1) der Hohlleiterzuführung derart verbunden ist, daß ein Teil des Grundwellensignals in den Korrektursignalweg eingekoppelt wird.
2. eingekoppelt nach Anspruch 1, dadurch ge-
kennzeichnet, daß das Korrektursignal mittels des Korrekturnetzwerks (4) so eingestellt ist, daß außer dem vom Reflektor (9) jeweils erzeugten Anteil der Strahlungskeulenauslenkung auch Dispersionen der Phasenlagen in der Hohlleiterzuführung (7) und im Freiraum und außerdem die Eigenschaften des Modenkopplers (6) berücksichtigt sind.

Zeichnung