DE19544500C2 - Reflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten, nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 bzw. 3.

Es ist bekannt, für geostationäre Kommunikationssatelliten Reflektor­ antennen der eingangs genannten Art mit einer elliptischen Keule zu ver­ wenden, welche um eine in der Antennen-Abstrahlrichtung verlaufende Achse gedreht werden kann, um so wahlweise unterschiedliche Empfangs­ gebiete auszuleuchten. Werden derartige Antennen nach dem Vorbild der DE 39 39 318 A1 in der Weise ausgebildet, daß die Antenne als Ganzes um die Rotationsachse der elliptischen Keule auf dem Satelliten drehbar angeordnet wird, so erfordert dies einen großen Platz- sowie Bau- und Gewichtsaufwand, was den gerade in der Raumfahrt in dieser Hinsicht strikten Anforderungen zuwiderläuft.

In der Druckschrift: Wolf Helmut, u. a.: Eine Doppelreflektorantenne mit geformten Oberflächen zur Erzeugung einer schwenkbaren elliptischen Strahlungskeule im Ku- Band; ITG-Fachbericht 128 Antennen, ITG-Fachtagung 12. Bis 15. April, Dresden; S. 53-58 ist eine Antenne mit elliptischem Hauptreflektor beschrieben worden, bei welcher der Hauptreflektor schwenkbar angeordnet ist. Eine Drehung des durch die Reflektorberandung vorgegebenen elliptischen Strahlungsdiagramms ist hiermit jedoch nicht möglich.

Die US 4 408 209 zeigt einen Gitterdoppelreflektor, dies jedoch nicht im Zusammenhang mit zwei räumlich getrennten Speisesystemen und ggf. drehbaren Subreflektoren.

Der Aufsatz von Clarricoats, P. J. B., u. a.: The design and testing of reconfigurable reflector antennas; ESTEC/Workshop-Antennatechnologies 1989 befaßt sich mit variabel konfigurierbaren Reflektorflächen, die hiermit als Prinzip bekannt geworden sind. Weiter gehende Hinweise auf die Erzeugung drehbarer elliptischer Strahlungsdiagramme fehlen jedoch.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Reflektorantenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf mechanisch einfache Weise und mit möglichst geringem Platzbedarf eine um die Abstrahlrichtung volldrehbare, elliptische Keule erzeugt, ohne daß sich die Polarisationsausrichtung mit der elliptischen Keule mitverdreht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 bzw. 3 gekennzeichnete Reflektorantenne gelöst.

Bei beiden Varianten der Erfindung wird durch die beanspruchte Anordnung eines einzelnen, drehbaren Antennenelementes (ellipitscher Hornstrahler nach Anspruch 1 bzw. speziell geformter Hilfsreflektor nach Anspruch 3) in Kombination mit einer feststehenden Speisesektion und einem ebenfalls feststehenden, rund berandeten Reflektor das kreisförmige Strahlungsdiagramm der Speisesektion auf baulich sehr einfache, gewichts- und platzsparende Weise in eine unbeschränkt drehvariable, elliptische Strahlungskeule umgewandelt und zugleich die Polarisationsausrichtung unabhängig von der Drehung des Antennenelements beibehalten. Die er­ findungsgemäße Reflektorantenne eignet sich somit in hervorragender Weise für den eingangs geschilderten Anwendungsfall eines geostationären Kommunikationssatelliten zur Ausleuchtung wahlweise unterschiedlicher Empfangsgebiete mit einer hinsichtlich Polarisationsausrichtung und Ellip­ tizität konstanten Stahlungskeule.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Antenne nach Anspruch 1 auf baulich einfache Weise derart als Doppelreflektor­ antenne ausgebildet, daß - wie gemäß Anspruch 2 bevorzugt - ein ebener Hilfsreflektor im Strahlengang zwischen elliptischem Hornstrahler und feststehendem Hauptreflektor angeordnet wird.

Um die Reflektorantenne nach Anspruch 3 ohne Auswechseln des Hilfs­ reflektors an geänderte Ausleuchtbedürfnisse anpassen zu können, besitzt der Hilfsreflektor nach Anspruch 4 vorzugsweise eine variabel konfigurier­ bare Reflexionsfläche.

Nach Anspruch 5 ist die Antenne im Hinblick auf gute Leistungsdaten vor­ zugsweise als Offset-Antenne gestaltet.

Zur Unterdrückung der Kreuzpolaren empfiehlt es sich gemäß Anspruch 6, den feststehenden Reflektor als Gitterreflektor auszubilden und diesen in jeder Polarisationsrichtung durch ein eigenes Speisesystem einschließlich eines Hornstrahlers bzw. Hilfsreflektors auszuleuchten. Wahlweise ist es aber auch möglich, wie nach Anspruch 7 bevorzugt, zu diesem Zweck nur ein einzelnes Speisesystem zu verwenden und für den Haupt- und den Hilfsreflektor jeweils eine kreuzpolarkompensierte Flächengeometrie vorzu­ sehen.

Nach Anspruch 8 schließlich ist der Hauptreflektor zweckmäßigerweise schwenkbar angeordnet, so daß die elliptische Keule nicht nur um eine in Abstrahlrichtung verlaufende Achse verdreht, sondern zusätzlich auch noch hierzu senkrecht verschwenkt werden kann, wodurch das von der Antenne ausleuchtbare Empfangsgebiet weiter vergrößert wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Offset-Reflektorantenne nach der Erfindung mit elliptischem Hornstrahler,

Fig. 2 die Aufsicht der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform der Antenne nach Fig. 1 mit zusätzlichem Hilfsreflektor, und

Fig. 4 eine Mehrfachreflektorantenne nach der zweiten Variante der Er­ findung.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Offset-Reflektorantenne enthält als Haupt­ bestandteile einen feststehenden, kreisförmig berandeten Reflektor 2, eine ebenfalls feststehend angeordnete Speisesektion 4 einschließlich eines Übergangsteils 6 mit einem rechteckförmigen Eingangs- und einem kreis­ förmigen Ausgangsquerschnitt a bzw. b, sowie einen das kreisförmige Strahlungsdiagramm b in ein elliptisches c umwandelnden Hornstrahler in Form eines Rillenhorns 8, welches um seine Längsachse A drehpositionier­ bar angeordnet und im Bereich seines kreisförmigen Hornabschnitts 10 über eine Drehkupplung 12 an das Übergangsteil 6 angeschlossen ist. Das elliptische Strahlungsdiagramm des Rillenhorns 8 wird vom Reflektor 2 in Form einer elliptischen Keule 14 abgestrahlt, welche entsprechend der Drehlage des Rillenhorns 8 um eine in Hauptstrahlrichtung H des Reflek­ tors 2 verlaufende Achse unbegrenzt dreheinstellbar ist. Die räumliche Polarisationsausrichtung und die Elliptizität der Strahlungskeule 14 bleiben hingegen von der Drehung des elliptischen Rillenhorns 8 unbeeinflußt.

Zusätzlich kann die Antenne noch um mindestens eine zur Abstrahlrich­ tung H senkrechte Achse schwenkbar angeordnet sein (nicht gezeigt), um das von der Antenne erfaßbare Empfangsgebiet weiter zu vergrößern.

Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Antenne nach Fig. 1 in Form einer Doppelreflektor-Offsetantenne durch Hinzufügen eines ebenen Hilfsreflektors 16 im Strahlengang zwischen Rillenhorn 8 und Hauptreflek­ tor 2. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise der in Fig. 3 gezeigten Antenne die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb die einander entsprechenden Bauelemente auch durch das gleiche Bezugs­ zeichen gekennzeichnet sind.

Die in Fig. 4 dargestellte Variante der Erfindung ist als Doppelreflektor- Offsetantenne mit einem wiederum feststehenden, kreisförmig berandeten Hauptreflektor 102 sowie einem Hilfsreflektor 116 und einem Speisesystem 118 einschließlich eines Übergangsteils 106 und eines Rillenhorns 108 ausgebildet. Im Unterschied zu den oben geschilderten Ausführungsbei­ spielen ist das Rillenhorn 108 jedoch feststehend angeordnet und besitzt ein im wesentlichen kreisförmiges Strahlungsdiagramm, während der Hilfs­ reflektor 116 als Ausschnitt eines nicht-rotationssymmetrischen Ellipsoids geringer numerischer Exzentrizität geformt und mittels eines Antriebs­ motors 120 um eine Ellipsoidachse E drehpositionierbar ist, so daß er das kreisförmige Strahlungsdiagramm des Rillenhorns 108 in eine entspre­ chend der Drehlage des Hilfsreflektors 116 drehvariable, elliptische Aus­ leuchtung des Hauptreflektors 102 in der Weise überführt, daß auch hier die räumliche Polarisationsausrichtung und die Elliptizität bei einer Dre­ hung der Strahlungskeule im wesentlichen unverändert beibehalten werden.

Zur Anpassung an geänderte Ausleuchtbedürfnisse kann der Hilfsreflektor 116 eine rekonfigurierbare Ellipsoidform besitzen. Ferner besteht wiederum die Möglichkeit, die Strahlungskeule durch schwenkbare Anordnung des Hauptreflektors 102 um mindestens eine zur Hauptstrahlrichtung H senk­ rechte Achse zu verschwenken.

Zur Unterdrückung der Kreuzpolaren besitzen der Haupt und der Hilfs­ reflektor eine kreuzpolarkompensierte Flächengeometrie. Wahlweise ist es auch möglich, den Hauptreflektor 2 bzw. 102 als polarisationsselektiven Gitterreflektor für eine kreuzpolararme lineare Polarisation auszubilden und in jeder Polarisationsrichtung durch ein eigenes Speisesystem 4, 8 bzw. 118 und ggf Hilfsreflektor 16 bzw. 116 mit einem drehvariablen, hinsicht­ lich der Polarisationsausrichtung jedoch feststehenden, elliptischen Strah­ lungsdiagramm auszuleuchten.

Claims (7)

1. Reflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten, mit mindestens einem feststehenden Reflektor mit runder Apertur sowie einem Hornstrahler mit zugeordneter Speisesektion, dadurch gekennzeichnet, daß der Hornstrahler (8) ein elliptisches Strahlungsdiagramm aufweist und um seine Längsachse (A) drehpositionierbar angeordnet und die Speisesektion (4) eine feststehende Polarisationsausrichtung besitzt und mit dem Hornstrahler über eine Drehkupplung (12) verbunden ist.

2. Reflektorantenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vom Hornstrahler (8) elliptisch ausgeleuchteten, ebenen Hilfs­ reflektor (16).

3. Mehrfachreflektorantenne, insbesondere für einen Kommunikationssatelliten, mit mindestens einem Hilfs- und einem Hauptreflektor mit etwa kreisförmiger Apertur sowie einem feststehenden Speisesystem einschließlich eines Hornstrahlers mit rotationssymmetrischem Strahlungsdiagramm und raumfester Polarisationsausrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor (116) um eine Hauptachse (E) dehpositionierbar angeordnet und eine als Teilfläche eines nicht-rotationssymmetrischen Ellipsoid geringer numerischer Exzentrizität geformte, den Hauptreflektor (102) elliptisch mit unabhängig von der Drehlage des Hilfsreflektors annähernd konstanter Elliptizität ausleuchtende Reflexionsfläche besitzt.

4. Reflektorantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor (116) eine zur Anpassung an geänderte Ausleucht­ bedürfnisse variabel konfigurierbare ellipsoidähnliche Oberfläche besitzt.

5. Reflektorantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine kreuzpolararme lineare Polarisation ein als Gitterdoppelre­ flektor ausgebildeter Hauptreflektor (2; 102) und für jede Polarisa­ tionsrichtung jeweils ein Speisesystem (4, 8; 118) einschließlich eines Hornstrahlers (8; 108) und ggf ein Hilfsreflektor (16; 116) vor­ gesehen ist.

6. Reflektorantenne nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (102, 116) eine kreuzpolarkompensierte Flächengeo­ metrie besitzen.

7. Reflektorantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptreflektor (2; 102) zum Verschwenken der elliptischen Keule (14) um mindestens eine zur Abstrahlrichtung (H) senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist.