DE2139216C3 - Richtantennenanordnung, bestehend aus einem Hauptreflektorspiegel und zwei Primärstrahlersystemen und Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Reflektorplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantennenanordnung, bestehend aus einem gekrümmten Hauptreflektorspiegel und zwei mit ihren Phasenzentren in dessen Brennpunkt liegenden, im wesentlichen die gleiche Hauptstrahlungsrichtung zur Ausleuchtung des Spiegels aufweisenden und mit unterschiedlichen Frequenzen und zueinander senkrechten, linearen Polarisationen betriebenen Primärstrahlersystemen, von denen das eine als Dipol oder Dipolgruppe mit Reflektor dahinter und das andere als Hornstrahler ausgebildet ist

Derartige Richtantennenkombinationen sind bereits als kombinierte Primär- und Sckundärradarantennensystem bekannt, vgl. deutsche Auslegeschrift 12 00 387.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Primärstrahlersysteme zu vermindern, werden für die beiden Systeme verschiedene Frequenzen und Polarisationen gewählt Es wird für beide Speisesysteme ein gemeinsamer Reflektorspiegel verwendet, in dessen Brennpunkt die Phasenzentren der beiden Systeme liegen. Beim Strahler für Primärradar handelt es sich um einen Hornstrahler mit horizontaler Polarisation, dessen Frequenz zumeist höher ist als die des vertikal polarisierten Sekundärradarsignals. In bekannter Weise wird zu beiden Seiten des Hornstrahlers zur Bildung des Doppelspeisesystems ein Dipol mit einem Reflektorstab angeordnet. Dies hat jedoch den Nachteil, daß durch den Reflektorstab nur eine geringe Rückwärtsdämpfung erzeugt wird, wodurch Gewinn und Nebenzipfelverhalten der Antenne für Senkundärradar nicht optimal sind. Bei einer Erweiterung zum Monopulssystem, für das häufig eine Anordnung aus mehreren Dipolen zu empfehlen ist, ergeben sich neben ungünstigen Summen- und Differenzdiagrammen auch Schwierigkeiten in der Halterung der Dipole und deren Reflektorstäbe. Bei Verwendung eines Blechreflektors für die Dipole würde aber das Strahlungsdiagramm des Hornstrahlers ungünstig beeinflußt werden.

Aus der französischen Patentschrift 11 98 026 ist ein Primär-Strahlersystem mit zwei zueinander senkrecht stehenden Dipolen bekannt. Die Strahlungen dieser beiden Dipole werden über Polarisationsgitter, die als Reflektoren wirken und als dünne Platten ausgebildet sind, unabhängig voneinander zum Hauptreflektor umgelenkt.

Aus der US-Patentschrift 28 20 965 ist eine als Primärstrahler einer Reflektorantenne verwendbare Antennenanordnung bekannt, welche gleichzeitig mit zwei unterschiedlich polarisierten elektromagnetischen Strahlungen verschiedener Frequenzen betrieben wird. Bei diesem Strahlersystem ist in der Öffnung eines Hornstrahlers ein Polarisationsgitter eingebaut, dessen Stäbe quer zur Polarisationsrichtung der Hornstrahlerwellen verlaufen. Vor der Hornstrahleröffnung und

('^r' I limit auch vor den Stäben liegt ein Dipol, der so orientiert ist, daß die Stäbe für die von ihm abgehende Strahlung als Reflektor wirken. Das Polarisationsgitter ist dabei als vom Dipol unabhängiges Teil in

Hornstrahler angebracht, obwohl es mit dem Dipol eine Funktionseinheit bildet Zudem stört das Gitter im Strahlungsfeld des Kornstrahlers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kombinierte Richtantennenanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Strahlungsfeld des Hornstrahiers in keiner Weise gestört wird und sich trotzdem eine ausgezeichnete Reflexionsfähigkeit der Dipol- bzw. Dipolgruppenstrahlung ergibt Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Reflektor hinter dem Dipol bzw. der Dipolgruppe eine dünne Platte aus dielektrischem Material vorgesehen ist, in welche in der Polarisationsrichtung dieses Dipols bzw. Dipolgruppe verlaufende Drähte eingelegt sind, daß an der dielektrischen Platte des Reflektors der zugehörige Dipol bzw. die zugehörige Dipolgruppe mechanisch befestigt ist, daß die mit den Drähten versehene dielektrische Platte eine öffnung zur Aufnahme des Hornstrahlers aufweist und am Hornstrahler außen befestigt ist

Durch ihre relativ geringe Dicke und den Verlauf der Drähte in Richtung der Polarisation des Dipols bzw. der Dipolgruppe ist die Reflektorplatte für das aus dem Hornstrahler stammende, zu dem Dipol bzw. Dipolgruppe orthogonal polarisierte Signal unwirksam. Für das Signal der betroffenen Polarisationsrichtung ist jedoch die Wirkung gleich der eines Vollreflektors, d. h. die rückwärtige Abschirmung ist optimal.

Eine nach der Erfindung ausgebaute Richtantennanordnung erschließt die überraschende Möglichkeit, die mit der Reflektorplatte versehene und mit diesem eine Funktionseinheit darstellende Dipolantenne des Primärstrahlersystems ohne besondere Rücksichtnahme auf den Hornstrahler herzustellen, elektrisch anzupassen und abzustimmen. Bei Einsatz der Antennenanordnung für Radarzwecke wird der Dipol bzw. die Dipolgruppe mit dem Reflektor vorteilhaft dem Sekundärradar zugeordnet und der Hornstrahler dem Primärradar, wobei dann der Hornstrahler für horizontale Polarisation und der Dipol bzw. die Dipolgruppe für vertikale Polarisation ausgelegt ist.

Die dielektrische Platte bietet die Möglichkeit, die Drähte in einem Abstand voneinander anzuordnen, der kleiner als ein Fünftel der Wellenlänge ist, ζ. Β. λ/30. Die dielektrische Platte wird zweckmäßig in einem Abstand von etwa einer Viertelwellenlänge oder etwas weniger hinter dem Dipol bzw. den Dipolen der Dipolgruppe angeordnet.

Durch Verformung und/oder Neigung der dielektrischen Reflektorplatte läßt sich zusätzlich die Strahlungscharakteristik beeinflussen. Die Verwendung von unterschiedlichen Dipoltypen, z. B. auch Ganzwellendipolen, ist möglich.

Zweckmäßig ist die dielektrische Platte zugleich Teil eines dielektrischen Radoms, durch welches das gesamte Primärstrahlersystem umschlossen ist, so daß es gegen mechanische und klimatische Einflüsse geschützt ist.

Bei Monopulsradaranwendung wird die zur dielektrischen Platte wirkungsmäßig ?:i£-.hörige Dipolgruppe an eine Sunime-Differenz-Schaltung, z. B. eine Ringhybrid, geschaltet. Dabei läßt sich die Dipolgruppe in zwei Untergruppen aufteilen, von denen die eine für das Summendiagramm und die andere für das Differenzdiagramm geschaltet ist. Es lassen sich für das Differenzdiagramm günstige größere Dipolabstände in konstruktiv einfacher Art bei verminderter Abstrahlung in unerwünschte Richtung realisieren.

Die Erfindung wird anhand von in sieben Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen von integrierten Doppelspeisesystemen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Rundsuchradarantenne mit Doppelspeisesystems im Schnitt

Fig.2 bis 4 drei Seitenansichten verschiedener Dipolgruppen mit Reflektorplatte,

Fig.5 bis 7 drei Draufsichten von integrierten Doppelspeisesystemen mit unterschiedlichen Dipoigruppen für Monopulsradaranwendung.

Die schematisch in F i g. 1 dargestellte Rundsuchradarantennenanordnung besteht aus einem gekrümmten Hauptreflektorspiegel 1 mit einem vertikalen Randwinkel <%, einem Hornstrahler 2 für Primärradar, dessen Phasen?.entrum sich im Brennpunkt 3 des doppelt gekrümmten Reflektorspiegels 1 befindet, sowie einer Dipolgruppe 4 für das Sekundärradar, deren Phasenzentrum sich ebenfalls im Brennpunkt 3 befindet Hinter der Dipolgruppe 4 ist eine Reflektorplatte 5 aus dielektrischem Material mit eingelegten Drähten angeordnet. Die Drähte in dieser dünn ausgebildeten und in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge oder weniger hinter der Ebene der Dipolgruppe 4 angeordneten dielektrischen Platte 5 sind angenähert vertikal geführt und weisen einen Abstand von weniger als einem Fünftel der Wellenlänge, z. B. λ/30, auf. Die Platte 5 ist zugleich als Befestigung 42 der Dipolgruppe 4 verwendet. Wegen ihrer relativ geringen Dicke und dem angenähert vertikalen Verlauf der Drähte bleibt diese

so Platte 5 für ein horizontal polarisiertes Primärradarsignal unwirksam. Für Sekundärradar ist jedoch die Wirkung die eines Vollreflektors. Die Abschirmung nach hinten ist optimal. Die Strahlungsdiagramme des Hornstrahlers 2 und der Dipolgruppe 4 mit Reflektorplatte 5 sind ähnlich gestaltet, damit die Randpunkte des Reflektorspiegels 1 mit ungefähr gleichen Energien relativ zur Reflektorspiegelmitte angestrahlt werden. Die Reflektorplatte 5 ist zugleich Teil eines aus dielektrischem Material bestehenden Radoms 6, durch welches das gesamte Primärstrahlersystem mechanisch und klimatisch geschützt wird.

Die Dipolgruppe 4 ist über Dipolzuleitungen 7 an ein Ringhybrid 8 zur Summen-Differenz-Bildung für Monopulspeilung angeschaltet. Mit Σ ist der Summenausgang und mit Δ der Differenzausgang bezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zur Anpassung des Strahlungsdiagramms für Sekundärradar eine Dipolstrahlergruppe eines integrierten Doppelprimärstrahlersystems mit Hornstrahler 2 für Primärradar dargestellt, die aus zwei übereinander angeordneten Dipolen 9a und 9b besteht. Hinter den Dipolen 9a und 9b ist eine ebene Reflektorplatte 10 aus dielektrischem Material mit eingelegten Drähten angeordnet.

Im Beispiel nach Fig.3 ist zur Anpassung des Strahlungsdiagramms ein Primärstrahlersystem mit einem Ganzwellendipol 11 vor einer ebenen Reflektorplatte 12 aus dielektrischem Material mit eingelegten Drähten angeordnet.
F i g. 4 zeigt einen Dipol 13 eines Primärstrahlersy-

bo stems im Abstand einer Viertelwellenlänge vor einer dielektrischen Reflektorplatte 14 mit eingelegten Drähten, die zur zusätzlichen Beeinflussung des VertiNldiagramms geformt ist. Für eine Diagrammveränderung in der horizontalen Ebene läßt sich der horizontale Abstand und die Anzahl der Dipole ändern. F i g. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel bei Monopulsverfahren in der horizontalen Ebene. Eine aus zwei Dipolen 15 und 16 bestehende Dipolgruppe ist an ein

Ringhybrid 18 zur Summen-Differenz-Bildung angeschlossen. Hinter der Dipolgruppe ist eine dielektrische Reflektorplatte 17 mit in angenäherter Vertikalrichtung verlaufenden Drähten 19 angebracht. Mit 20 ist der Hornstrahler bezeichnet.

In Fig.6 ist e ne kompliziertere Primärstrahleranordnung mit vier Dipolen 21, 22, 23 und 24 dargestellt, die in zwei Gruppen links und rechts des Hornstrahlers 25 aufgeteilt sind. Hinter den Dipolen 21, 22, 23 und 24 ist eine dielektrische Reflektorplatte 26 mit in angenäherte Vertikalrichtung verlaufenden Drähten 27 angeordnet. Die Dipole 22 und 23 sind an ein Ringhybrid 28 zur Erzeugung des Summendiagramms, wobei am Anschluß 29 ein Abschlußwiderstand angeschaltet ist, und die Dipole 21 und 24 zur Erzeugung des Differenzdiagramms an ein Ringhybrid 30 angeschlossen, wobei am Anschluß 31 ein Abschluß widerstand liegt.

Eine ähnliche Anordnung wie die in Fig.6 ist in Fig.7 dargestellt. Der Unterschied besteht in der Verwendung von acht Dipolen 32 bis 39, die in zwei Gruppen links und rechts vom Hornstrahler 43 aufgeteilt sind. Die Dipole 33 und 35 sowie 36 und 3t sind zur Summenbildung an ein Ringhybrid 40 und die Dipole 32 und 34 sowie 37 und 39 zur Differenzbildung an ein Ringhybrid 41 angeschlossen. Die ebene oder gebogene dielektrische Platte, z. B. 11 in Fig.5, wird beispielsweise durch Auflegen von polyestergetränkten Glasfasergewebematten auf einer Form hergestellt, wobei die in F i g. 5 bis 7 dargestellter Polarisationsdrähte, z. B. 19 in Fi g. 5, eingebettet

ίο werden. Nach Ausschneiden der Öffnung für der Hornstrahler, in F i g. 5 mit 20 bezeichnet, wird die Platte 17 durch Flansche am Hornstrahler 20 befestigt.

Außer in Rundsuchantennen mit einem länglichen doppelt gekrümmten Reflektor läßt sich das Prinzip nach der Erfindung auch bei Antennen mit einem einfach parabolisch gekrümmten Reflektor (z. B. Antennen mit bleistiftförmiger Strahlungscharakteristik) anwenden. Wegen der relativ vergrößerten Fläche der Drahtreflektorplatte ist jedoch dabei zur Vermeidung einer Aperturabdeckung eine abgesetzte (off-set] Speisung zu empfehlen. Das Monopulspeilverfahren läßt sich in eine oder in beiden Ebenen durchführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Richtantennenanordnung, bestehend aus einem gekrümmten Hauptreflektorspiegel und zwei mit ihren Phasenzentren in dessen Brennpunkt liegenden, im wesentlichen die gleich Hauptstrahlungsrichtung zur Ausleuchtung des Spiegels aufweisenden und mit unterschiedlichen Frequenzen und zueinander senkrechten, linearen Polarisationen betriebenen Primärstrahlersystemen, von denen das eine als Dipol oder Dipolgruppe mit Reflektor dahinter und das andere als Hornstrahler ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor hinter dem Dipol bzw. der Dipolgruppe (4) eine dünne Platte (5, 17) aus dielektrischem Material vorgesehen ist, in welche in der Polarisaiionrichtung dieses Dipol bzw. dieser Dipolgruppe (4) verlaufende Drähte (19) eingelegt sind, daß an der dielektrischen Platte (5) des Reflektors der zugehörige Dipol bzw. die zugehörige Dipolgruppe (4) mechanisch befestigt ist, daß die mit den Drähten

(19) versehene dielektrische Platte (5) eine Öffnung

(20) zur Aufnahme des Hornstrahlers (2) aufweist und am Hornstrahler (2) außen befestigt ist.

2. Richtantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol bzw. die Dipolgruppe (4) mit Reflektor (S) für Sekundärradar und der Hornstrahler (2) für Primärradar vorgesehen ist.

3. Richtantennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hornstrahler (2) für horizontale Polarisation und der Dipol bzw. die Dipolgruppe (4) für vertikale Polarisation ausgelegt ist.

4. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (19) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der kleiner als ein Fünftel der Wellenlänge ist.

5. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte (5) in einem Abstand von etwa einer Viertelwellenlänge hinter dem Dipol bzw. den Dipolen (4) der zugehörigen Dipolgruppe angeordnet ist.

6. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte (5) zugleich Teil eines sonst drahtlosen, aus dielektrischem Material bestehenden Radoms (6) ist, durch welches das gesamte Primärstrahlsystem umschlossen ist.

7. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Platte (14) nicht eben ausgebildet ist.

8. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur die elektrischen Reflektorplatte (17) zugehörige Dipolgruppe (15,16) für Monopulszwekke an eine Summe-Differenz-Schaltung, z. B. ein Ringhybrid (18), geschaltet ist.

9. Richtantennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolgruppe (21, 22, 23, 24) in zwei Untergruppen (22, 23 bzw. 21, 24) aufgeteilt ist, von denen die eine zur Bildung des Summendiagramms und die andere zur Bildung des Differenzdiagramms vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer bei der

Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendeten dieletrischen Reflektorplatte, gekennzeichnet durch Auflegen einer polyestergetränkten Glasfasermatte, in die zueinander parallel verlaufende Drähte eingebettet sind, auf eine Form.