DE69734949T2

DE69734949T2 - Antenne mit Einzel- oder Doppelreflektor, geformten Strahlungskeulen und linearer Polarisation

Info

Publication number: DE69734949T2
Application number: DE69734949T
Authority: DE
Inventors: Raimondo Lo Forti; Gianfranco Ruggerini; Pasquale Capece
Original assignee: Finmeccanica SpA; Space Engineering SpA
Current assignee: Leonardo SpA; Airbus Italia SpA
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: ITRM960164A1; EP0795928B1; IT1284301B1; DE69734949D1; EP0795928A3; ITRM960164A0; CA2199428C; CA2199428A1; EP0795928A2; US5990842A

Description

Vorstellung
Die Erfindung betrifft eine Antenne mit mehrfachgerichteten Strahlen mit einem Einzel- oder Doppelreflektor, der ein Gitter oder auch kein Gitter haben kann, und mit einem oder mehreren, separaten Gruppen (Arrays) mit rechteckigen Multimode-Aperturen (TE_mo, m = 1, 2...5), die von rekonfigurierbaren Mono- oder Multimode Strahlungsbündelungsnetzen (Beam Forming Networks, BFN) gespeist werden. Die Erfindung kann angewendet werden auf dem Gebiet der Telekommunikation über Satellit oder im wissenschaftlichen Gebiet der Telekommunikation, insbesondere der Mikrowellen-Antennen.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung einer guten Form der Antennenstrahlen das Einspeisungssystem aus einer Gruppe rechtwinkliger Aperturen besteht, deren elektrisches Feld E auf ihrer offenen Seite parallel zur Hauptrichtung der Array-Ausrichtung liegt (vgl. 2), wobei jede rechtwinklige Apertur in der günstigsten Weise geformt ist und durch besondere Reihen von TE_mo Moden erregt wird (wobei typischerweise m = 1, 2 ...5), um die günstigste Feldverteilung auf der Brennebene der Antenne zu erzielen.
Vorteile
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Leistungen zu verbessern, die von anderen, bereits bekannten Antennenkonfigurationen erzielt werden, beispielsweise von Multifeed-Parabolreflektorantennen mit einem Array identischer Strahlungselemente oder von geformten Reflektorantennen, die von einem einzigen Erreger gespeist werden.
Stand der Technik
Die ersten Antennenlösungen mit geformten Strahlen, waren Parabolreflektorantennen, gespeist durch eine Gruppe von identischen, rechteckigen oder kreisförmigen Erregern. Der Einfachheit halber soll diese Klasse von Antennen als Familie a bezeichnet werden. Bei diesen Antennen kann man Mono- oder Multimode-Strahlenbündelungsnetze (BFN) einsetzen, wobei die Feldverteilung auf der Reflektorbrennebene dazu neigt, dem Bild des gewünschten Formstrahles zu gleichen. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die folgenden Patentanmeldungen der Patentinhaber des hier vorliegenden Patentes:

– EP 0 727 839 , angemeldet am 07.01.1994 und offengelegt am 21.08.1996 unter dem Titel „Multishaped beam direct radiating array antenna" (direkt strahlende Array-Antenne mit mehrfach gerichtetem Strahl),
– EP 0 683 541 , angemeldet am 17.05.1994 und offengelegt am 22.11.1995 mit dem Titel „Shaped beam or scanned beams reflector or lens antenna" (Reflektor- oder Linsenantenne mit gerichtetem oder abgetastetem Strahl).

Eine weitere Familie, die nachstehend als Familie b bezeichnet wird, besteht aus Antennen mit (stark) geformten Reflektoren, die von einem oder mehreren Erregerelementen gespeist werden. Bei diesen Antennen gleicht die Feldverteilung auf der Brennebene nicht dem Bild der gewünschten gerichteten Strahlen. Die Reflektorform führt zu einer Phasenmodulation der Feldverteilung auf der Antennenapertur, was die Strahlenformung ermöglicht. Es können zusätzliche Erreger vorhanden sein, um mehr als einen Strahl abzustrahlen, aber es muß beachtet werden, daß die Reflektorform nur für einen gerichteten Strahl frei gestaltet werden kann.
Die Familie a, die auch das in US-A 4 090 202 beschriebene Antennensystem mit einem Feed-Array identischer Strahlungselemente, die nur durch die Grundmode erregt werden, einschließt, war die erste Lösung mit gestalteten Strahlenantennen und war etwa zehn Jahre im Einsatz. Aufgrund ihrer Komplexität wegen der großen Zahl von Array-Elementen und aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades der Brennebenen-Apertur (wegen der dort vorhandenen Gitterkeulen) wurde die Familie a allmählich durch die Familie b ersetzt. Die zuletzt genannte Familie erzielt bei gleichem Durchmesser des Hauptreflektors und mit einem einfacheren Einspeisungssystem bessere Verstärkungsleistungen. Andererseits hat die Familie b einige Nachteile, von denen einige nachstehend angegeben sind:

– unerwünschte Strahlung aufgrund der Phasenänderung des Antennen-Aperturfeldes, verursacht durch die Reflektorform;
– Schwierigkeit der Rekonfigurierung des Antennenstrahls, d. h. der Änderung der Strahlform auf Befehl;
– Schwierigkeit bei der Erzielung gleichzeitiger Mehrfachstrahlen.

Die Erfindung
Die hier dargestellte Antenne ergab sich aus der Notwendigkeit, Werte für die Antennengewinne zu erzielen, die besser sind als beim Einsatz von Antennen dieser beiden Familien, wobei die oben erläuterte Rekonfigurationsfähigkeit, die Erzeugung mehrfach gerichteter Strahlen und die geringe Komplexität des Einspeisungssystems beibehalten werden soll. Die bessere Leistung ist eine Folge der Möglichkeit, die Feldverteilung auf der Brennebene als ein nahezu perfektes Bild der gewünschten gerichteten Strahlen auszubilden, wodurch die Gitterkeulenverluste in den Antennen der Familie a ohne den Nachteil unerwünschter Strahlungen in den Antennen der Familie b vermieden werden.
Die Antenne der vorliegenden Erfindung besteht aus den folgenden wesentlichen Elementen (in Reflektorsystemen mit Dualgitter sind einige Elemente doppelt vorhanden):

– Rekonfigurierbare Mono/Multimode-BFN (vgl. 3);
– Gruppe (Array) von rechteckigen Aperturen zur Abstrahlung eines Feldes mit einer Polarisation, die parallel zur Hauptrichtung der Array-Ausrichtung verläuft (ohne Rücksicht auf die gewünschten Antennen-Polarisierung), wobei die Geometrie in der günstigsten Weise vorgenommen ist (vgl. 2) und die Aperturansteuerungen aus einer besonderen Reihe von TE_mo-Moden (mit m = 1, 2...5) zusammengesetzt sind, um die günstigste Feldverteilung auf der Brennebene der Antenne zu erzielen:
– Hauptreflektor in Parabolform oder leicht geformter Gestalt mit oder ohne Gitter,
– Ellipsoid- oder Hyperboloid-Subreflektor leicht geformter oder nicht geformter Ausbildung mit oder ohne Gitter;
– Polarisationsrotor zur Umwandlung der linearen Polarisation des Feed-Array in eine andere Linearpolarisation.

Ausführungsbeispiel
Die Erfindung ist nachstehend an einem nicht einschränkenden Beispiel erläutert, das eine einfache Ausbildung mit einer einzigen Reflektorantenne betrifft.
1 – Layout der Antenne,
2 – Gruppe rechtwinkliger Aperturen,
3 – Layout eines typischen, rekonfigurierbaren Multimode-Strahlenbündelungsnetzes (BFN).
Gemäß 1 hat die Antenne einen Reflektor 1, einen Polarisationsrotor 2, ein Speise-Cluster 3, ein rekonfigurierbares Mono-Multimode-BFN 4 (Beam Forming Network = Strahlenbündelungsnetz), Eingangsanschlüsse 5 und Verbindungsleitungen C.
Das Speise-Cluster gemäß 2 besteht aus einer Gruppe rechtwinkliger Multimode-Aperturen 6, die durch eine Reihe von TE_mo-Moden (m = 1, 2...5) erregt werden und die ein elektrisches Feld E haben, das parallel zur Hauptrichtung der Array-Ausrichtung liegt. Die Erregungen dieser Reihen von TE_mo-Moden innerhalb der Erreger (oder Hornstrahler) kann in unterschiedlicher Weise erreicht werden.
Gemäß 3 hat das rekonfigurierbare Mono-Multimode-BFN 4, Hybridteiler 7 (HD), feste oder variable Phasenschieber 8 (PS), feste oder variable Leistungsteiler 9 (VPD) und Schalter 10 (S). Durch die variablen Leistungsteiler und Phasenschieber und durch die Schalter ist es möglich, die abgestrahlten, gerichteten Strahlen zu rekonfigurieren.

Claims

Antenne mit mehrfach gerichteten Strahlen, umfassend einen Einzel- oder Doppelreflektor mit Hauptreflektor und Subreflektor und einem oder mehreren Feed-Arrays, wobei der Hauptreflektor parabolisch oder leicht geformt ist und mit oder ohne Gitter versehen sein kann und der Subreflektor elliptisch oder hyperbolisch, nicht geformt oder leicht geformt und mit oder ohne Gitter versehen sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß – das Feed-Array (3, 1) aus einem Cluster von rechtwinkligen Multimode-Aperturen (6, 2) besteht, das auf der Antennenbrennebene eine Feldverteilung erzeugt, wobei die rechteckigen Aperturen (6, 2) in Richtung des elektrischen Aperturenfeldes (E, 2) ausgerichtet sind und jede rechtwinklige Apertur in der günstigsten Weise entsprechend der Ausrichtung der Bedeckung geformt ist und durch eine besondere Reihe von TE_mo-Moden (m = 1,2...5) erregt wird, um die optimale Feldverteilung auf der Antennenbrennebene zu erzielen, – ein Polarisationsrotor (2, 1) vor dem Feed-Array (3, 1) die Ausrichtung der Polarisation des elektrischen Feldes unabhängig von der Ausrichtung des Feed-Array (3, 1) ermöglicht und – jedes Feed-Array (3, 1) mit einem rekonfigurierbaren Mono- oder Multimode-BFN (4, 1) verbunden ist, dessen Rekonfigurierbarkeit erzielt wird durch Hybridteiler 7, feste oder variable Leistungsteiler (9), feste oder variable Phasenschieber (8) und einen Schalter (10).