Einrichtung zur Kompensation von Kreuzpolarisationskomponenten bei einer Antenne mit einem gekrümmten Reflektor und einem seitlich einstrahlenden Primärstrahler

Abstract

 In der Aperatur des Primärstrahlers oder in einem Abstand davor ist eine dielektrische Linse angeordnet zur Kompensation des verzerrten Feldes.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kompensation von störenden, aufgrund der Umlenkung an einem gekrümmten Reflektor verursachten Kreuzpolarisationskomponenten bei einer für Linearpolarisation vorgesehenen Antenne, auf deren gekrümmten Reflektor von einem als Horn- oder Hohlleiterstrahler ausgebildeten Primärstrahler seitlich eingestrahlt wird.

[0002] Zum Aufbau von Richtantennen im Mikrowellenbereich wird häufig eine Anordnung verwendet, bei der ein gekrümmter Reflektor mit einem seitlich (offset) einstrahlenden Hornstrahler kombiniert ist. In der Regel ist der Reflektor ein Ausschnitt aus einer Rotationsfläche, deren Form durch eine Kegelschnittkurve definiert wird. Im Normalfall ist dabei das Phasenzentrum des Hornstrahlers einem Brennpunkt der Reflektorfläche zugeordnet. Derartige Anordnungen werden entweder als eigene Antennen für Richtfunkaufgaben, z.B. in Form von Hornparabolantennen oder Muschelantennen, aber auch zur Speisung großer Reflektorantennen im Satellitenfunk, wie etwa als Strahlwellenleiter eingesetzt.

[0003] Eine typische und meist unerwünschte Eigenschaft im 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 orthogonalen Diagrammebene zugeordnet ist.

[0004] Rein geometrisch läßt sich die Entstehung dieser kreuzpolarisierten Feldanteile vereinfacht folgendermaßen verdeutlichen: Betrachtet man zunächst die Ausleuchtung eines rotationssymmetrischen Parabolreflektors durch einen linear polarisierten Primärstrahler, der ein kreuzpolarisationsfreies und drehsymmetrisches Feld erzeugt (sog. Huyghens-Quelle), so ist das nach der Umlenkung am Reflektor entstandene Aperturfeld parallel polarisiert und weist keine kreuzpolarisierten Komponenten auf. Wird nun bei seitlicher Speisung die Strahlerachse gegen die Reflektorachse geneigt, so tritt eine Verzerrung des Aperturfeldes dergestalt auf, daß jetzt auch kreuzpolarisierte Feldanteile entstehen. Die durch ein derartiges Aperturfeld im Fernfeld entstehende Diagrammverteilung zeigt ein typisches kreuzpolarisiertes Diagramm mit einer Nullstelle in Hauptstrahlrichtung bzw. in der Symmetrieebene und mit relativ hohen beiderseitigen Maxima der Kreuzpolarisation in der dazu orthogonalen Diagrammebene.

[0005] Die Konfiguration der unerwünschten kreuzpolarisierten Komponenten in der Querschnittsebene des freien Feldes nach dem Reflektor läßt sich auch durch ein Spektrum höherer Wellentypen beschreiben, die zusätzlich zum vorhandenen Grundwellentyp vom Reflektor angeregt werden. Die Amplitudenverteilung über das Strahlungsfeld dieser Wellentypen im freien Raum folgt im wesentlichen einer Gauß-Verteilung, weshalb sie üblicherweise als gauß'sche Wellentypen bezeichnet werden.

[0006] Der Mechanismus der Feldverzerrung läßt sich mit dieser Modellvorstellung relativ einfach verdeutlichen. Dabei entspricht die rotationssymmetrische Feldverteilung eines optimierten Primärstrahlers weitgehend dem gauß'schen Grundwellentyp im freien Raum und die verzerrenden Einflüsse des unsymmetrischen gekrümmten Reflektors können durch Annahme eines einzelnen zusätzlichen höheren Wellentyps angenähert werden. Hierzu zeigt eine Prinzipdarstellung nach Figur 1, daß der gauß'sche Grundwellentyp E₀₀ im Raum parallele Feldlinien in einer Richtung aufweist und damit dem kreuzpolarisationsfreien Wellentyp HE₁₁ eines Hybridwellenstrahlers entspricht. Bei der Reflexion des unverzerrten Feldes am unsymmetrischen gekrümmten Reflektor wird ein bestimmter Anteil dieses Grundwellentyps in einen gauß'schen Wellentyp E₀₁ höherer Ordnung umgewandelt. Bei Überlagerung der beiden Wellentypen nach der Reflexion ergibt sich ein verzerrtes Gesamtfeld, das die Entstehung der Kreuzpolarisationskomponenten in der einen Diagrammhauptebene und die Asymmetrie der Strahlungskeule in der dazu senkrechten Ebene erklärt (vgl. die Feldbilder von E_Σ in Figur 1). Der Grad der Wellentypenwandlung hängt von der jeweiligen Geometrie der Anordnung ab und wird z.B. wesentlich vom Krümmungsradius des Reflektors und von seiner Randausleuchtung mitbestimmt.

[0007] Zur Verringerung der verzerrenden Einflüsse sind Verfahren bekannt, die auf dem Prinzip beruhen, dem vom Erregersystem abgestrahlten Feld durch geeignete Maßnahmen korrespondierende Wellentypen beizumischen, die zu den bei der Umlenkung angeregten komplementär sind, d.h. die gleiche Amplitude und entgegengesetzte Phase besitzen und bei der Überlagerung mit dem verzerrten Feld zu einer weitgehenden Kompensation der Störungen führen. Hierzu ist beispielsweise die Einführung eines sekundären Hilfsreflektors nach dem Gregory- oder Cassegrain-Prinzip bekannt, dessen Krümmung entgegengesetzt ist und der daher korrespondierende höhere Wellentypen mit entgegengesetzter Phasenlage anregt, die bei geeigneter Geometrie der Anordnung eine Kompensation bewirken (vgl. hierzu "Offset Gregorien Antenna" von Mizuguchi Y., Agakawa M., Yokoi H., Electronics and Communications in Japan, Vol. 61-B, No. 3, 1978).

[0008] Eine andere Möglichkeit besteht in der Anregung der zur Kompensation geeigneten höheren Wellen des Typs H₂₁ im Hohlleiterbereich des Primärstrahlers durch besondere Stör- oder Koppelelemente, wie es beispielsweise bekannt ist durch "New Class of Primary-Feed Antennas for use with Offset Parabolic-Reflector Antennas" von Rudge A.W., Adatia N.A., erschienen in Electronic Letters Vol. 11, Nov. 1975 oder durch DE 33 36 418 C2.

[0009] Bei der deutschen Patentschrift 33 36 418 ist vorgesehen, daß in die Hohlleiterzuleitung des Primärstrahlers ein nach Art eines zur Auskopplung von Peilwellentypen verwendeten Wellentypenkopplers aufgebauter Modenkoppler eingebaut ist, der einen äußeren Signaleingang aufweist, an welchen ein Korrektursignal angelegt wird, welches in der Hohlleiterzuführung die jeweils kompensierende Welle 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 frequenzangepaßte passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder angeordnet sind, und daß der Korrektursignalweg an seiner Eingangsseite über einen Koppler mit dem nur die Grundwelle führenden Teil der Hohlleiterzuführung verbunden ist, aus der ein Teil des Grundwellensignals in den Korrektursignalweg eingekoppelt wird.

[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, mit der die verzerrenden Einflüsse in einfacher Weise verringert werden können.

[0011] Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art in der Weise gelöst, daß in der Apertur des Primärstrahlers oder in einem Abstand davor eine dielektrische Linse angeordnet ist zur Kompensation des verzerrten Feldes.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0013] Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses zeigt in Figur 2 die Prinzipanordnung der Korrekturlinse in einer seitlich gespeisten Antenne. Es sind hierbei ein gekrümmter Reflektor mit 1 und ein seitlich einstrahlender Primärstrahler mit 2 bezeichnet. In die Apertur des Primärstrahlers 2 (symmetrierter Hybridwellenstrahler) oder in einem gewissen Abstand davor ist eine verlustarme dielektrische Linse 3 gesetzt. Ihre Aufgabe besteht darin, in ähnlicher Weise wie bei der Umlenkung am unsymmetrischen Korrekturreflektor eine Vorverzerrung des Feldes zu erreichen und dazu einen definierten Teil des durch sie gestrahlten Feldes in den gewünschten höheren Wellentyp umzuwandeln. Zur Realisierung des hierfür je nach Raumrichtung in Abhängigkeit vom Radius nötigen unterschiedlichen Brechungsindexes ist entweder eine geeignete unsymmetrische Formgebung oder eine nichthomogene Dichteverteilung, z.B. durch Schichtung des Materials, oder eine Kombination beider Maßnahmen möglich.

[0014] Das der erfindungsgemäßen Einrichtung zugrundeliegende Verfahren beruht also auf dem Prinzip einer Kompensation des verzerrten Feldes. Dabei wird die erforderliche Vorverzerrung des vom Erregersystem abgestrahlten Feldes bzw. eine entsprechende Anregung gauß'scher Wellentypen durch Verwendung einer verlustarmen dielektrischen Linse erreicht. Ein Beispiel für eine vorteilhafte Anwendung dieses Prinzips in der Praxis ist bei unsymmetrisch gespeisten Parabolreflektoren zu sehen, bei denen aus Platzgründen oder wegen eines verhältnismäßig tiefliegenden Betriebsfrequenzbereiches die Verwendung eines Korrektur-Hilfsreflektors nicht günstig ist und das Verfahren der diskreten Wellentypanregung im Hohlleiter aufgrund von Bandbreiteforderungen ausscheidet.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Kompensation von störenden, aufgrund der Umlenkung an einem gekrümmten Reflektor verursachten Kreuzpolarisationskomponenten bei einer für Linearpolarisation vorgesehenen Antenne, auf deren gekrümmten Reflektor von einem als Horn- oder Hohlleiterstrahler ausgebildeten Primärstrahler seitlich eingestrahlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Apertur des Primärstrahlers oder in einem Abstand davor eine dielektrische Linse angeordnet ist zur Kompensation des verzerrten Feldes.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dielektrische Linse eine unsymmetrische Form aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dielektrische Linse eine nichthomogene Dichteverteilung, z.B. durch Schichtung des Materials aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß nichthomogene Dichteverteilung und unsymmetrische Form kombiniert sind.

Zeichnung