Antennensystem

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Antennensystem mit einem Hauptre­flektor 3 und einem zumindest angenähert hyperbolischen Hilfs­reflektor 2, der derart ausgebildet ist, daß er die Polarisa­tionsebene, der von einem Primärstrahler 1 abgestrahlten elek­tromagnetischen Wellen um 90° dreht. Der metallische Träger­körper 21 des Hilfsreflektors 2 weist eine Schicht aus einem verlustarmen Dielektrikum 22 auf, auf dem ein paralleles Li­nienraster aus leitenden Drähten 23 in einem solchen Rasterab­stand d aufgebracht ist, der elektrisch etwa einem Sechstel der Betriebswellenlänge entspricht. Dadurch wird eine möglichst exakte Phasendrehung der Wellen um 90° über die gesamte Arbeits­bandbreite erreicht. Der Hauptreflektor 3 besteht aus einem di­elektrisch absorbierenden Trägerkörper 31, auf dem eine Viel­zahl parallel angeordneter leitenden Drähte 32 angebracht sind, deren Rasterabstand D so gewählt ist, daß er etwa einem Zwölf­tel der Betriebswellenlänge entspricht. Durch die erfindungsge­maße Ausbildung wird vorteilhaft für die Arbeitsbandbreite des Antennensystems weitgehend eine Frequenzunabhängigkeit im Re­flexionsverhalten der elektromagnetischen Wellen erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Antennensystem mit einem Hauptre­flektor und einem zumindest angenähert hyperbolischen Hilfsre­flektor, in dessen Brennpunkt ein Primärstrahler für das Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit line­arer Polarisation angeordnet ist, und bei dem der Hilfsreflek­tor derart ausgebildet ist, daß er die Polarisationsebene der elektromagnetischen Wellen um 90° dreht. Solche Antennen sind beispielsweise in der europäischen Patenschrift 0 021 866 gezeigt und meist für Zielfolgeradaranlagen bestimmt.

[0002] Zielfolgeradaranlagen, die der Verfolgung eines oder mehrerer Ziele dienen, verlangen in bestimmten Verfolgungsphasen schnel­le Frequenzsprünge in der gesamten Sendefrequenzbandbreite. Da­raus ergeben sich hohe Ansprüche an die Gleichförmigkeit der Strahlungscharakteristik des Antennensystems im Bereich der Betriebsfrequenz, die insbesondere durch Beugungseffekte der einfallenden elektromagnetischen Wellen am Hilfsreflektor eingeschränkt wird.

[0003] Ausgehend von einem Antennensystem, der einleitend beschrie­benen Art, besteht die Erfindung darin, daß der Hilfsreflek­tor aus einem zumindest angenähert hyperbolisch geformten, me­tallischen Trägerkörper besteht, dessen dem Hauptreflektor zugewandte Oberfläche mit einer Schicht aus einem verlustarmen Dielektrikum solcher Dicke versehen ist, daß diese zumindest angenähert elektrisch einem Viertel der Betriebswellenlänge entspricht, und auf dessen dem Hauptreflektor zugewandten Oberfläche ein paralleles Linienraster aus leitenden Drähten vorzugwsweise in einem Rasterabstand aufgebracht ist, der elek­trisch etwa einem Sechstel der Betriebswellenlänge entspricht, und daß der Hauptreflektor ebenfalls ein Linienreflektor ist, der aus einer Vielzahl parallel angeordneter leitender Drähte besteht, die auf einem dielektrisch absorbierenden Trägerkörper angebracht sind, vorzugweise mit einem Rasterabstand der Drähte von etwa einem Zwölftel der Betriebswellenlänge.

[0004] Aufgrund der besonderen Ausgestaltung des Antennensystems wird die Empfindlichkeit auf den Spillover und Beugungseffekt am Hilfsreflektor weitgehend reduziert und somit die Bandbreite der Strahlungscharakteristik des Antennensystems erhöht. Die Verwendung von absorbierenden Material für den Trägerkörper des Hauptreflektors den Vorteil, daß von den einfallenden elektro­magnetischen Wellen, diejenigen absorbiert werden, deren Pola­risationsebene nicht parallel zu den leitenden Drähten liegt. Außerdem wird wegen des geringen spezifischen Gewichtes des Dielektrikums im Vergleich zu einem Reflektor aus Vollmetall bei gleicher oder höherer Formstabilität dessen Gewicht nicht nachteilig erhöht. Durch die erfindungsgemaße Wahl der Raster­abstände am Hauptreflektor wird für die Arbeitsbandbreite weit­gehend eine Frequenzunabhängigkeit im Reflexionsverhalten der elektromagnetischen Wellen erreicht, deren Polarisationsebene mit der Richtung der Drähte übereinstimmen. Der Rasterabstand am Hilfsreflektor ist erfindungsgemäß so gewählt, daß eine möglichst exakte Phasendrehung der Wellen um 90° über die gesamte Arbeitsbandbreite beibehalten werden kann.

[0005] Um ein besonders günstiges Reflexions- und Phasenverhalten des Antennensystems zu erhalten, beträgt bei einer Betriebswellen­länge im cm - Bereich der Durchmesser der Drähte am Hilfsre­flektor 0,2 mm, der Durchmesser der Drähte am Hauptparabolre­flektor 0,25 mm.

[0006] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Dielektrikum am Hilfsreflektor aus Polytetraflour­ethylen, dessen Dicke bei einer Betriebswellenlänge im cm - Be­reich 3,55 mm beträgt. Dadurch wird über die gesamte Arbeits­bandbreite eine Drehung der Polarisationsebene um 90° der elektromagnetischen Wellen sichergestellt.

[0007] Günstige Reflexionseigenschaften bei geringem Aufwand werden dadurch erreicht, daß die leitenden Drähte des Hauptparabolre­flektors und des Hilfsreflektors aus Kupfer bestehen. Die Kup­ferdrähte können dabei vorteilhaft mit einer Schutzschicht überzogen sein, um chemische Reaktionen an deren Oberfläche zu vermeiden.

[0008] Um eine stabile, aber auch leichte Bauweise des Antennensystems zu erhalten, ist der Hilfsreflektor von einer an der auslaufen­den Endfläche des Hauptparabolreflektors befestigten konusför­migen Kunststoffkonstruktion getragen. Diese konusförmige Trä­gerkonstruktion bietet den Vorteil, daß der Hilfsreflektor überaus stabil in seiner Lage befestigt ist. Desweiteren bietet diese Konstruktion auch einen Witterungsschutz für das Anten­nensystem. Das Material der Kunststoffkonstruktion ist dabei derart gewählt, daß die einfallenden bzw. abgestrahlten Wellen nicht beeinflußt werden.

[0009] Wird das Antennensystem in einen Monopulsradarsystem mit Spie­gelunterdrückung verwendet, besteht der Primärstrahler aus vier zu einem Gesamtstrahler zusammengefügten Einzelstrahlern. Der Gesamtstrahler ist dabei hinsichtlich seiner horizontalen Syme­trieachse so gedreht, daß dessen Polarisationsebene gegenüber der Polarisationsebene der einfallenden Wellen um 90° gedreht ist. Besitzt der Gesamtstrahler eine gute Kreuzpolarisations­unterdrückung, ist er gegen die am Hilfsreflektor gebeugten Wellen, deren Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der ausgestrahlten Welle gedreht ist, unempfindlich.

[0010] Anhand von Zeichnungen wird ein Antennensystem nach der Erfindung näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen An­tennensystems.

Die Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch das Antennensystem, das erfindungsgemäß ausgebildet ist.

In der Figur 3 ist ein Querschnitt des Hilfsreflektors nach Figur 1 in vergrößerter Darstellung wiedergegeben.

Figur 4 zeigt einen Primärstrahler bei einer Ausbildung als An­tennensystem für ein Monopulsradarsystem.

[0011] Das in Figur 1 dargestellte Antennensystem umfaßt einen Primär­strahler 1, einen Hauptreflektor 3 und einen Hilfsreflektor 2. Der Hauptreflektor 3 bildet mit einem Trägerkörper 6 eine sta­bile Einheit. Der Hilfsreflektor 2 ist über einen konusförmi­gen Trägerkörper 4 mit den Endflächen des Hauptreflektors 3 verbunden, wodurch der Hilfsreflektor überaus stabil in sei­ner Lage befestigt ist.

[0012] Anhand von Figur 2 sind weitere Einzelheiten des Antennensy­stems erkennbar. Der Primärstrahler 1 ist derart angeordnet, daß dessen Strahlungsschwerpunkt mit dem reellen Brennpunkt des zumindest angenähert hyperbolischen Hilfsreflektors 2 zusammen­fällt. Der Hauptreflektor 3, der als Paraboloidausschnitt aus­gebildet ist, ist derart angeordnet, daß dessen Brennpunkt mit dem virtuellen Brennpunkt des Hilfsreflektors 2 zusammenfällt. Die exakte Formgebung der Reflektoren und des Primärstrahlers 1 sind derart aufeinander abgestimmt, daß sich in der Aperturebe­ne des Hauptreflektors 3 eine wenigstens annähernd ebene Pha­senfront ergibt. Der Hauptreflektor 3 ist für die Reflexion linear polarisierter Wellen bestimmt. Der Hilfsreflektor 2 dreht die auf ihn einfallenden Wellen derart, daß die reflek­tierten Wellen in ihrer Polarisationsebene um 90° gedreht sind. Beispielsweise derart, daß vertikal polarisierte Wellen in horizontal polarisierte gedreht werden. Der Hauptreflektor 3 besteht aus einem dielektrisch absorbierenden Trägerkörper 31, auf dessen Innenseite ein Linienraster aus leitenden Drähten 32 angebracht ist. Dabei ist die Richtung des Linienrasters am Hauptreflektor 3 so angeordnet, daß sie mit der Richtung der Polatisationsebene der Welle, die vom Hilfsreflektor 2 reflek­tiert wird, übereinstimmt. Der Rasterabstand D der leitenden Drähte 32 am Hauptreflektor 3 beträgt vorzugsweise ein Zwölf­tel der mittleren Betriebswellenlänge. Dadurch wird vorteil­haft ein günstiges Reflexionsverhalten jener Wellen erreicht, deren Polarisationsebene parallel zum Linienraster des Hauptre­flektors 3 legen. Für eine Betriebswellenlänge im cm - Bereich ergibt sich für den Rasterabstand D vorteilhaft ein Wert von 1,2 mm. Optimales Reflexionsverhalten des Hauptreflektors 3, weitgehend unabhängig von der innerhalb der Arbeitsbandbreite gewählten Wellenlänge ergibt sich dadurch, daß der Durchmesser der leitenden Drähte 32 am Hauptreflektor 3 0,25 mm beträgt. Da der Trägerkörper 31 des Hauptreflektors 3 aus einem absor­bierenden Dielektrikum besteht, wirkt der Hauptreflektor 3 wie ein Polarisationsfilter. Dabei werden jene Wellen, deren Pola­risationsebene von der Richtung der leitenden Drähte 32 ab­weicht, absorbiert.

[0013] Der in Figur 3 in vergrößerter Darstellung gezeigte Hilfsre­flektor 2 besteht aus einem Trägerkörper 21, der eine angenäh­erte hyperbolische Oberfläche aufweist. Diese Oberfläche ist mit einem verlustarmen Dielektrikum 22 beschichtet, dessen elektrische Dicke vorzugsweise etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge entspricht. Dieses Dielektrikum 22 besteht vorzugsweise aus Polytetraflourethylen, das unter den Handels­namen "Teflon" der Firma Dupont bekannt ist. Auf dem Dielektri­kum 22 ist ein Linenraster aus leitenden, parrallelgeführten Drähten 23 aufgebracht und in einem solchen Rasterabstand d be­nachbarter Drähte 23 angeordnet, daß dieser elektrisch etwa einem Sechstel der Betriebswellenlänge entspricht. Für eine Betriebswellenlänge im cm - Bereich beträgt dieser Abstand d vorzugsweise 2,55 mm. Durch die Wahl des bevorzugten Rasterab­standes d der leitenden Drähte 23 wird ein Eindringen der vir­tuellen Reflexionsebene in das Dielektrikum 22 verhindert, wo­durch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Antennensy­stems vermieden wird. Wird Teflon als Dielektrikum 22 verwen­det, ergibt für die Dicke der Dielektrikumsschicht für eine Be­triebswellenlänge im cm - Bereich, vorteilhaft ein Wert von 3,55 mm. Um die Polarisationsebene der elektromagnetischen Wel­len am Hilfsreflektor 2 um 90° zu drehen, ist die Richtung des Linienrasters 23 gegenüber der Richtung der Polarisationsebene des Primärstrahlers 1 um 45° gedreht. Durch die vorteilhafte Ausbildung des Hilfsreflektors 2 wird weitgehend eine konstante Drehung der Polarisationsebene um 90° der elektromagnetischen Wellen über die gesamte Sendebandbreite erreicht. Um ein gerin­ges Gewicht des Hilfsreflektors 2 zu erhalten, besteht der Trä­gerkörper 21 vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung.

[0014] Der Trägerkörper 31 des Hauptreflektors 3 ist ebenfalls in Leichtbauweise ausgeführt, d. h. daß das absorbierende Dielek­trikum 31 aus einer wabenförmigen Konstruktion besteht.

[0015] Um den Hilfsreflektor 2 besonders stabil in seiner Lage zu be­festigen, sind die auslaufenden Endflächen des Hauptreflektors 3 über eine konusförmige Kunststoffkonstruktion 4 mit dem Trä­gerkörper 21 des Hilfsreflektors 2 verbunden. Diese Kunststoff­konstruktion besteht aus einem Material, das eine ungehinderte Durchdringung der elektromagnetischen Wellen ermöglicht.

[0016] Findet das Antennensystem in einem Monopulsradarsystem Anwen­dung, besteht der Primärstrahler 1, wie in Figur 4 dargestellt ist, aus vier zu einem Gesamtstrahler zusammengefügten Einzel­strahlern A,B,C,D. Der Primärstrahler 1 ist dann in seiner Sy­metrieachse 5 um 90° gegenüber der Polarisationsebene der ein­ fallenden Welle gedreht. Dadurch ist der Primärstrahler 1 ge­genüber der durch Beugung und Spill-over-Effekte am Hilfsre­flektor 2 einfallenden Strahlung unempfindlich. Auf diese Weise wird die Frequenzabhängigkeit der Strahlungsdiagramme auf einen minimalen Wert reduziert.

Ansprüche

1. Antennensystem mit einem Hauptreflektor und einem zumindest angenähert hyperbolischen Hilfsreflektor, in dessen Brennpunkt ein Primärstrahler für das Senden und Empfangen von elektromag­netischen Wellen mit linearer Polarisation angeordnet ist, und bei dem der Hilfsreflektor derart ausgebildet ist, daß er die Polarisationsebene der elektromagnetischen Wellen um 90° dreht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs­reflektor (2) aus einem zumindest angenähert hyperbolisch ge­formten, metallischen Trägerkörper (21) besteht, dessen dem Hauptreflektor (3) zugewandte Oberfläche mit einer Schicht aus einem verlustarmen Dielektrikum (22) solcher Dicke versehen ist, daß diese zumindest angenähert elektrisch einem Viertel der Betriebswellenlänge entspricht, und auf dessen dem Hauptre­flektor zugewandten Oberfläche ein paralleles Linienraster aus leitenden Drähten (23) vorzugwsweise in einem Rasterabstand (D) aufgebracht ist, der elektrisch etwa einem Sechstel der Be­triebswellenlänge entspricht, und daß der Hauptreflektor (3) ebenfalls ein Linienreflektor ist, der aus einer Vielzahl parallel angeordneter leitender Drähte (32) besteht, die auf einem dielektrisch absorbierenden Trägerkörper (31) angebracht sind, vorzugweise mit einem Rasterabstand (D) der Drähte (32) von etwa einem Zwölftel der Betriebswellenlänge.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß bei einer Betriebswellenlänge im cm - Bereich, der Durchmesser der Drähte (23) des Hilfsre­flektors (2) 0,2 mm, der Durchmesser der Drähte (32) des Haupt­reflektors (3) 0,25 mm beträgt.

3. Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (22) des Hilfsreflektors (2) aus Polytetrafloure­thylen besteht.

4. Antennensystem nach Anspruch 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß bei Betriebswellenlänge im cm - Bereich die Schichtdicke des Dielektrikums (22) am Hilfsreflek­tor (3) 3,55 mm beträgt.

5. Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leiten­den Drähte (32,23) des Haupt- und des Hilfsreflektors (3,2) aus Kupfer bestehen.

6. Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs­reflektor (2) über eine an der auslaufenden Endfläche des Hauptreflektors (3) befestigte, konusförmige Kunststoffkon­struktion (4) getragen ist.

7. Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daurch gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung als Antennensystem für ein Monopulsradarsystem der Primärstrahler (1) aus vier zu einem Gesamtstrahler zusammenge­fügten Einzelstrahlern besteht, und dieser Primärstrahler hin­sichtlich seiner Symetrieachse (5) um 90° gegenüber der Polari­sationsebene der einfallenden Welle gedreht ist.

Zeichnung