DE1117669B

DE1117669B - Rotating parabolic antenna

Info

Publication number: DE1117669B
Application number: DES69009A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Huber; Dipl-Ing Helmut Laub
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-06-20
Filing date: 1960-06-20
Publication date: 1961-11-23

Description

Rotationsparabol-Antenne# Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitbandrichtfunkantenne, bestehend aus einem rotationssymmetrischen Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt ein Erregersystem angeordnet ist.Rotary parabolic antenna # The invention relates to a broadband directional radio antenna, consisting of a rotationally symmetrical parabolic mirror in its focal point an excitation system is arranged.

Antennen dieser Art arbeiten nach optischen Prinzipien und sind besonders für elektrische Übertragungsanlagen im Bereich der Dezimeter- und Zentimeterwellen geeignet. Bei hochwertigen Richtfunksystemen müssen solche Antennen im allgemeinen über ein relativ breites Band sehr gut angepaßt sein. Hierbei erweist es sich als nachteilig, daß der Erreger in Richtung der Hauptstrahlung der Antenne liegt und somit einen größeren Teil der insbesondere aus der Nähe des Spiegelzentrums abgestrahlten Energie als Empfangsantenne wiederum aufnimmt. Diese Spiegelrückwirkung, die die breitbandige Anpassung der Antenne beeinträchtigt, läßt sich in bekannter Weise durch eine in geringem Abstand vor dem Scheitelpunkt des Parabols angebrachte Platte, eine sogenannte Scheitelplatte, wesentlich verringern. Die Scheitelplatte bewirkt bei einem Teil der auf den Erreger zurückwirkenden elektromagnetischen Wellen eine Gegenphase und ermöglicht dadurch eine Kompensation der Spiegelrückwirkung. Die Kompensation ist allerdings nur dann von der Polarisationsrichtung der Strahlung unabhängig, wenn die Speiseleitung eine Rotationssymmetrie hinsichtlich der Achse des Parabolspiegels aufweist. Diese Voraussetzung läßt sich jedoch mit Rücksicht auf die zu fordernden elektrischen Eigenschaften solcher Antennen, insbesondere Breithandigkeit, bei zahlreichen Anwendungen nicht verwirklichen. Dies ist mitunter außerordentlich nachteilig, weil für eine gute Ausnutzung der Richtfunksysteme in vielen Fällen ein wahlweiser oder aber auch gleichzeitiger Betrieb in zwei Polarisationsrichtungen, vorzugsweise Vertikal- und Horizontalpolarisation, wünschenswert ist. Zwar könnte man wenigstens einen wahlweisen Betrieb in verschiedenen Polarisationsrichtungen dadurch erreichen, daß bei Polarisationswechsel die Speiseleitung mit dem Erreger entsprechend mitgedreht wird, doch sind derartige Vorrichtungen mechanisch aufwendig und mit zahlreichen elektrischen Nachteilen verbunden.Antennas of this type work according to optical principles and are special for electrical transmission systems in the decimeter and centimeter wave range suitable. In high-quality radio relay systems, such antennas must in general be very well matched over a relatively wide band. Here it turns out to be disadvantageous that the exciter is in the direction of the main radiation of the antenna and thus a larger part of the radiation emitted in particular from the vicinity of the mirror center Energy as a receiving antenna in turn absorbs. This mirror feedback that the broadband adaptation of the antenna is impaired, can be done in a known manner by a plate placed a short distance in front of the apex of the parabolic, a so-called apex plate, significantly reduce. The crown plate causes with some of the electromagnetic waves that have an effect on the pathogen Antiphase and thereby enables the mirror reaction to be compensated. the However, compensation is only dependent on the polarization direction of the radiation independent if the feed line has rotational symmetry with respect to the axis of the parabolic mirror. However, this requirement can be met with consideration on the required electrical properties of such antennas, in particular Broad-handedness, not possible in numerous applications. This is sometimes extremely disadvantageous because for a good utilization of the radio relay systems in in many cases optional or simultaneous operation in two polarization directions, preferably vertical and horizontal polarization, is desirable. Certainly could at least one optional operation in different polarization directions achieve that when the polarization changes, the feed line with the exciter is rotated accordingly, but such devices are mechanically complex and associated with numerous electrical disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bei einer Parabolantenne der einleitend besehriebeneii Art vorhandenen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu beseitigen.The invention is based on the object of a parabolic antenna the difficulties present at the outset in a simple manner to eliminate.

Bei einerBreitbandrichtfunkantenne, bestehend aus einem rotationssymmetrischen Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt ein Erregersystem angeordnet ist, das über eine durch den Parabolspiegel hindurchgeführte, unsymmetrisch zur Parabolachse verlaufende Speiseleitung, insbesondere Hohlleitung, gespeist ist und bei der die Spiegelrückwirkung des Parabolspiegels auf das Erregersystem durch eine in geringem Abstand vom Scheitelpunkt des Parabols angebrachte Platte (sogenannte Scheitelplatte) kompensiert ist, wird erfindungsgemäß, die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antenne wenigstens einen Parasitärstrahler aufweist, der zwischen dem Erreger und der Scheitelplatte derart angeordnet und so bemessen ist, daß die von der Polarisation der elektromagnetischen Wellen abhängige Komponente der Spiegelräckwirkung wenigstens annähernd beseitigt wird.In the case of a broadband directional antenna, consisting of a rotationally symmetrical Parabolic mirror, in the focal point of which an excitation system is arranged, which via one passed through the parabolic mirror and running asymmetrically to the parabolic axis Feed line, in particular hollow line, is fed and in which the mirror feedback the parabolic mirror to the excitation system through a small distance from the vertex The plate attached to the parabolic (so-called crown plate) is compensated According to the invention, the object is achieved in that the antenna has at least one parasitic radiator has, which is arranged between the exciter and the apex plate and is dimensioned so that it depends on the polarization of the electromagnetic waves Component of the mirror back effect is at least approximately eliminated.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Abhängigkeit der Kompensation der Spiegelrückwirkung von der Polarisationsrichtung dadurch unterbunden werden kann, daß die Spiegelrückwirkung für die eine Hauptrichtung der Polarisation in der bekannten Weise durch entsprechende Bemessung der Scheitelplatte kompensiert wird und daß der bei Änderung der Polarisation in eine zweite Hauptrichtung wirksam werdende Rest der Spiegelrückwirkung mit Hilfe einer weiteren Kompensationseinrichtung kompensiert wird, die bei Polarisation in der ersten Hauptrichtung nicht arbeitsfähig ist.The invention is based on the knowledge that the dependency the compensation of the mirror reaction from the polarization direction is thereby prevented can be that the mirror reaction for one main direction of polarization compensated in the known manner by appropriate dimensioning of the apex plate becomes effective and that when the polarization changes in a second main direction the remainder of the mirror feedback with the help of a further compensation device is compensated, which cannot work with polarization in the first main direction is.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.Using exemplary embodiments shown in the drawing are, the invention will be explained in more detail below.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Rotationsparabol-Antenne, die gemäß der Erfindung mit einem Parasitärstrahler ausgerüstet ist. Die Parabolantenne besteht aus einem rotationssymmetrischen Parabolspiegel 1 mit einer Scheitelplatte 2, in dessen Brennpunkt ein Hornstrahler 3 angeordnet ist. Der Hörnstrahler 3 ist mit der ihn speisenden Hohlleitung 4 über ein Polarisationsänderungen ermöglichendes Zwischenstück 5 verbunden. Die Hohlleitung 4 ist im Scheitelpunkt durch den Parabolspiegel 1 hindurchgeführt, und zwar so, daß die Hohlleiterachse. mit der Symmetrieachse des Parabolspiegels 1 zusammenfällt. Eine Stütze 6 gibt der gesamten Anordnung die nötige mechanische Stabilität. Da der Hornstrahler 3 im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordnet sein muß, hat der weitere Verlauf der Hohlleitung 4 in Richtung auf den Hornstrahler 3 eine S-förmige Krümmung. Dieser S-förmige Verlauf bringt für die aus der Scheitelplatte bestehende Kompensationseinrichtung eine Unsymmetrie mit sich, die für die Polarisationsabhängigkeit der Spiegelrückwirkung und damit für die Polarisationsabhängigkeit der Anpassung der Antenne verantwortlich ist. Die Scheitelplatte wird, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, nämlich durch den 5-förmig gekrümmten Verlauf der Hohl.-leitung 4 in einem kleinen, unsymmetrisch zum Zentrum liegenden Teil abgeschattet und kann daher nicht voll zur Wirkung kommen. Darüber hinaus wirkt aber auch der Teil der Hohlleitung 4, der die Abschattung verursacht, als Sekundärreflektor mit Rückwirkung auf den Hornstrahler 3. Scheitelplatte 2 und Hohlleitung 4 bilden also ein polarisationsabhängiges neues Reflektorsystem.Fig. 1 shows in section a rotary parabolic antenna which is equipped according to the invention with a parasitic radiator. The parabolic antenna consists of a rotationally symmetrical parabolic mirror 1 with a crown plate 2, in the focal point of which a horn antenna 3 is arranged. The acoustic radiator 3 is connected to the hollow line 4 feeding it via an intermediate piece 5 which enables changes in polarization. The hollow conduit 4 is passed through the parabolic mirror 1 at its apex, in such a way that the waveguide axis. coincides with the axis of symmetry of the parabolic mirror 1 . A support 6 gives the entire arrangement the necessary mechanical stability. Since the horn antenna 3 must be arranged at the focal point of the parabolic mirror, the further course of the hollow conduit 4 in the direction of the horn antenna 3 has an S-shaped curvature. This S-shaped course brings about an asymmetry for the compensation device consisting of the apex plate, which is responsible for the polarization dependency of the mirror reaction and thus for the polarization dependency of the adaptation of the antenna. As can be seen from FIG. 1 , the apex plate is shaded by the 5-shaped curved course of the hollow line 4 in a small part lying asymmetrically to the center and therefore cannot be fully effective . In addition, however, the part of the hollow conduit 4 which causes the shadowing also acts as a secondary reflector with retroactive effect on the horn antenna 3. The apex plate 2 and the hollow conduit 4 thus form a polarization-dependent new reflector system.

Der die Polarisationsabhängigkeit beseitigende Parasitärstrahler besteht aus einem etwa ein Viertel einer mittleren Betriebswellenlänge #. langen Metallstift 7, der auf der - Oberseite der HohReitung 4 in geeignetem Abstand vom Scheitelpunkt des Parabolspiegels 1 angeordnet ist. Der Metallstift 7 stellt ebenfalls ein polarisationsabhängiges Reflektorsystem dar. In der Fig. 2 ist der MetaUstift 7 mit der Hohlleitung 4 nochmals entsprechend dem Schnitt AB in der Fig. 1 gezeigt. Der Metallstift 7 ist mit seinem unteren Ende unmittelbar an die Hohlleitung 4 angeschweißt, steht also mit deren Außenwandung in gut leitender Verbindung.The parasitic radiator which eliminates the polarization dependency consists of approximately a quarter of an average operating wavelength #. long metal pin 7, which is arranged on the - top of the HohReitung 4 at a suitable distance from the apex of the parabolic mirror 1 . The metal pin 7 also constitutes a polarization dependent reflector system. In FIG. 2 the MetaUstift 7 is shown with the hollow pipe 4 again corresponding to the section AB in FIG. 1. The lower end of the metal pin 7 is welded directly to the hollow pipe 4, that is to say it is in good conductive connection with its outer wall.

Bei Polarisation der Antenne nach der Fig. 1 in einer mit der Zeichenebene zusammenfallenden Ebene wird der Metallstift 7 sowohl von der direkten Strahlung des Hornstrahlers 3 als auch von der Strahlung des Sekundärsystems erregt und wirkt als Parasitärstrahler. Ein Teil seiner Energie wird vom Hornstrahler 3 empfangen und kann zur Kompensation der Spiegelrückwirkung verwendet werden. Die Erregung des Metallstiftes 7 und damit seine Ab- strahlung sind am wirksamsten, wenn die elektrischen Weglängen vom Hornstrahler 3 zum Metallstift 7 und vom Hornstrahler 3 zur Scheitelplatte 2 und zurück zum Metallstift 7 - unter Berücksichtigung einer 1801-Phasendrehung an der Scheitelplatte 2 - sich um ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge unterscheiden. Die Phase der Parasitärstrahlung bezüglich der Strahlung des Sekundärsystems kann durch die Wahl des Abstandes des Metallstiftes 7 von der Scheitelplatte 2 eingestellt werden. Bei einer Polarisation der Strahlung in der zur Zeichenebene senkrechten Ebene wird der Metallstift 7 nicht erregt. Demnach kann die Antenne nach Fig. 1 für Horizontal- und Vertikalpolarisation in gleicher Weise gut angepaßt werden, wenn die Kompensation der Spiegelrückwirkung bei Horizontalpolarisation durch entsprechende Bemessung der Scheitelplatte 2 erfolgt und die nunmehr bei Vertikalpolarisation auftretende Restrückwirkung durch die bei dieser Polarisationsrichtung angeregte Parasitärstrahlung kompensiert wird.When the antenna according to FIG. 1 is polarized in a plane coinciding with the plane of the drawing, the metal pin 7 is excited both by the direct radiation of the horn antenna 3 and by the radiation of the secondary system and acts as a parasitic antenna. Part of its energy is received by the horn antenna 3 and can be used to compensate for the mirror feedback. The energization of the metal pin 7 and thus its waste are radiation most effective when the electrical path lengths from the horn 3 to the metal pin 7 and from the horn 3 to the apex plate 2 and back to the metal pin 7 - considering a 1801 phase rotation on the apex plate 2 - to differ by an integral multiple of a wavelength. The phase of the parasitic radiation with respect to the radiation of the secondary system can be adjusted by selecting the distance between the metal pin 7 and the apex plate 2. If the radiation is polarized in the plane perpendicular to the plane of the drawing, the metal pin 7 is not excited. Accordingly, the antenna according to FIG. 1 can be adapted equally well for horizontal and vertical polarization if the compensation of the mirror reaction in horizontal polarization is carried out by appropriate dimensioning of the apex plate 2 and the residual reaction now occurring in vertical polarization is compensated by the parasitic radiation excited in this direction of polarization .

Die Intensität und damit die Wirksamkeit der Parasitärstrahlung kann erhöht werden, wenn man an Stelle eines Metallstiftes 7 zwei oder mehrere etwa 4114 lange Metallstifte 7 in zueinander paralleler Anordnung an der I-Tohlleitung 4 vorsieht. Eine solche Anordnung mit zwei MetaRstifteil 7 zeigt die Fig. 3. Die beiden Metallstifte 7 bilden zusammen ein Parasitärstrahlersystem, dessen angeregte Strahlung in Richtung auf das Erregersystem gebündelt ist. Ist eine Bündelung wünschenswert, die sich mit zwei Metallstiften 7 nicht mehr erreichen läßt, so kann die Bündelung in an sich bekannter Weise durch weitere Metallstifte 7 in zueinander geeigneter Anordnung beliebig erhöht werden.The intensity and thus the effectiveness of the parasitic radiation can be increased if, instead of one metal pin 7, two or more approximately 4114 long metal pins 7 are provided in a parallel arrangement on the drain line 4. Such an arrangement with two metal pins 7 is shown in FIG. 3. The two metal pins 7 together form a parasitic radiation system, the excited radiation of which is focused in the direction of the excitation system. If bundling is desirable which can no longer be achieved with two metal pins 7 , the bundling can be increased as required in a manner known per se by further metal pins 7 in a mutually suitable arrangement.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Broadband directional radio antenna, consisting of a rotationally symmetrical parabolic mirror, in the focal point of which an excitation system is arranged, which is fed via a feed line, in particular a hollow line, which runs through the parabolic mirror and runs asymmetrically to the parabolic axis, and in which the mirror reaction of the parabolic mirror on the excitation system through a plate attached at a small distance from the apex of the parabolic (so-called apex plate) is compensated, characterized in that the antenna has at least one parasitic radiator which is arranged between the exciter and the apex plate and is so dimensioned that the polarization of the electromagnetic waves dependent component of the mirror feedback is at least approximately eliminated.

2. Broadband directional radio antenna according to spoke 1, characterized in that the parasitic radiator is a metal pin, the length of which is about a quarter of a mean operating wavelength #. amounts to. 3. Broadband directional fan antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the parasitic radiator is arranged with respect to its axis perpendicular to one of the two planes for horizontal and vertical polarization. 4. Broadband directional radio antenna according to one of the preceding claims, characterized in that two or more approximately 1-14 long metal pins in a mutually suitable parallel arrangement form a parasitic radiator system. 5. Broadband directional radio antenna, in which the feed line is passed through the parabolic mirror at least in the immediate vicinity of the apex, according to one of the preceding claims, characterized in that the parasitic radiator or radiators are attached to the feed line and are connected to the outer wall in a highly conductive manner.