DEVICE FOR COMPENSATING CROSS-POLARIZED COMPONENTS IN AN ANTENNA WITH CURVED REFLECTOR AND OFF-SET PRIMARY FEED

Abstract: 1. Device for compensating interfering cross-polarization components, caused by deflection at a curved reflector (9), in an antenna provided for linear polarization, the curved reflector of which receives offset radiation from a primary radiator (8), designed as a horn or waveguide radiator, in the waveguide feed (7) of which waves of a wave type higher in comparison with the fundamental wave are induced, which waves have the same amplitudes in phase opposition as the waves of that wave type which would induce the same interfering cross-polarization components as are actually caused by the curved reflector, characterized in that a mode coupler (6), constructed somewhat like a direction-finding wave coupler, is installed in the waveguide feed (7) of the primary radiator (8) and has an outer signal input (5), to which a corrector signal is applied which induces the respectively compensating wave of the higher wave type in the waveguide feed, in that the correction signal applied to the outer signal input (5) of the mode coupler (6) is taken from the output of an external correction signal path, along which there are arranged as a correcting network (4) passive phase and amplitude adjusters (10, 11) which have broadband effect, i.e. are frequency-adapted, and are dimensioned such that the necessary correction signal characteristic is adjusted over the desired frequency band, and in that the correction signal path is connected on its input side (2) via a coupler (3) to the part (1) of the waveguide feed only carrying the fundamental wave in such a way that a part of the fundamental wave signal is coupled into the correction signal path.

Description: Einrichtung zur Kompensation von Kreuzpolarisationskomponenten bei einer Antenne mit einem gekrümmten Reflektor und einem seitlich einstrahlenden Primärstrahler. 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 Hornoder Hohlleiterstrahler ausgebildeten Primärstrahler seitlich eingestrahlt wird, in dessen Hohlleiterzuführung Wellen eines im Vergleich zur Grundwelle höheren Wellentyps angeregt sind, die in entgegengesetzter Phasenlage gleiche Amplituden haben wie die Wellen desjenigen Wellentyps, der die gleichen störenden Kreuzpolarisationskomponenten hervorrufen würde, wie sie der gekrümmte Reflektor tatsächlich verursacht. Für Antennen im Mikrowellenbereich wird vielfach eine Kombination aus einem gekrümmten Reflektor und einem seitlich (off-set) einstrahlenden Hornstrahler verwendet. Ein derartiger Reflektor ist meist ein Ausschnitt aus einer Rotationsfläche, die durch eine Kegelschnittkurve erzeugt wird. Ein Brennpunkt des Reflektors fällt in der Regel mit dem Phasenzentrum des Hornstrahlers zusammen. Solche Anordnungen werden entweder als eigene Antennen für Richtfunk, z.B. in Form von Hornparabolantennen und Muschelantennen, oder auch zur Speisung grosser Reflektorantennen im Satellitenfunk, beispielsweise als Hornparabol oder bei einem Strahlwellenleiter1 eingesetzt. Typisch für das Strahlungsverhalten dieser seitlich gespeisten Reflektoren ist bei Linearpolarisation ein re lativ hoher Anteil der Kreuzpolarisation in derjenigen Diagrammebene des Fernfelddiagramms, die der zur Symmetrieebene des Reflektors senkrechten Transversalebene zugeordnet ist. Die Entstehung dieser kreuzpolarisierten Anteile des Feldes lässt sich rein geometrisch folgendermassen verdeutlichen. Wird ein z.B. rotationssymmetrischer Parabolreflektor mit einem linear polarisierten Primärstrahler ausgeleuchtet, der ein kreuzpolarisationsfreies und drehsymmetrisches Feld erzeugt (Huygens-Quelle), so ist das nach der Reflexion am Reflektor entstehende Aperturfeld parallel polarisiert und weist keine kreuzpolarisierten Komponenten auf. Wird bei seitlicher Speisung die Strahlerachse gegen die Reflektorachse geneigt, so tritt eine Verzerrung des Aperturfeldes dergestalt auf, dass jetzt kreuzpolarisierte Feldanteile entstehen. Die zu einem derartigen Aperturfeld gehörende Fernfeldverteilung zeigt ein kreuzpolarisiertes Diagramm mit einer Nullstelle in Achsrichtung bzw. in der Symmetrieebene und mit relativ hohen Maxima der Kreuzpolarisation (typisch etwa -18 dB) in der dazu orthogonalen Ebene. 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 (Analogie zur Anregung höherer Wellentypen in Hohl leitern durch Störstellen). Wenn ein derart verzerrtes Feld, das aus einer ursprünglich kreuzpolarisationsfreien Welle durch Umlenkung am Reflektor entstanden ist, auf die Apertur eines am Ort des Brennpunktes angeordneten Hohlleiterstrahlers auftrifft, so können entsprechende höhere Wellentypen auch im Hohlleiter angeregt werden. Sie können sich im Hohlleiter solange ausbreiten, bis der Querschnitt zu klein wird. Von da an werden diese Wellentypen reflektiert. Der Querschnitt kann aber häufig nicht so klein gemacht werden, da z.B. für Peilzwecke Moden mit ähnlichen Grenzfrequenzen wie die der Störmoden verwendet werden. Das Prinzip, eine Kompensation der frequenz- und polarisationsabhängigen Kreuzpolarisationskomponenten bei einer seitlich gespeisten Reflektorantenne zu erreichen, ist bekannt und besteht in der Anregung eines entsprechenden gegenphasigen Wellentyps gleicher Amplitude durch Massnahmen im Zuführungshohlleiter oder im Primärstrahler selbst. Dabei wird das vom Primärstrahler erzeugte Feld demjenigen des Umlenkreflektors im Sinne der Kompensation möglichst optimal angepasst. Vorausgesetzt ist dabei, dass der verwendete Prirnärstrahler bereits entsprechend niedrige eigene Kreuzpolarisationsbeiträge liefert. Experimentelle Untersuchungen über Verfahren, die nach diesem Prinzip in einem stark eingeschränkten Frequenzbereich arbeiten, sind bereits veröffentlicht worden. In diesem Zusammenhang wird auf den Aufsatz von A.W. Rudge und N.A. Adatia: "Othet-Parabolic-Reflector Antennas", in Proceedings IEEE, Vol.66, No.12, Dez.1978, Seiten 1592-1618 und auf den Aufsatz von E.Gillitzer und W.Löw: "Schräg- parabolantenne mit kompensierter Kreuzpolarisation" in den NTG-Fachberichten Band 78 über die Tagung "Antennen", 16.-19.3.1982 hingewiesen. Der wesentliche Nachtei-l aller dieser bekannten Lösungen liegt jedoch darin, dass die Anregung der kompensierenden höheren Wellen stets durch Stifte oder ähnliche Störstellen, z.B. Schlitze in der Wand mit aussen angesetzten Blindhohlleitern, innerhalb des Zuführungshohlleiters oder in der Apertur des Primär- - strahlers erfolgt. Mit. diesen bekannten Anordnungen ist eine breitbandige Anregung der gegenphasigen Kompensationswelle nicht möglich. Aufgabe der Erfindung ist es, eine breitbandige Kompensation der frequenz- und polarisationsabhängigen Kreuzpolarisationskomponenten bei einer seitlich gespeisten Reflektorantenne mit verhältnismässig einfachen Mitteln zu erreichen. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in die Hohlleiterzuführung des Primärstrahlers ein nach Art eines Peilwellenkopplers aufgebauter Modenkoppler eingebaut ist, der einen äusseren Signaleingang aufweist, an welchen ein Korrektursignal angelegt wird, welches in der Hohlleiter- zuführung 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 breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepasste passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder angeordnet sind, die so bemessen sind, dass über das gewünschte Frequenzband die notwendige Korrektursignalcharakteristik eingestellt wird, und dass der Korrektursignalweg an seiner Eingangsseite über einen Koppler mit dem nur die Grundwelle führenden Teil der Hohlleiterzuführung derart verbunden ist, dass ein Teil des Grundwellensignals in den Korrektursignalweg eingekoppelt wird. Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird somit zur Anregung der kompensierenden höheren Welle im Zuführungshohlleiter ein spezieller Modenkoppler verwendet, der einen äusseren Signaleingang besitzt. Dieser erlaubt im Gegensatz zu den bekannten Lösungen den Aufbau eines externen Korrek tursignalwegs, in dessen Verlauf breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepasste passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder eingebaut sind. Mit deren Hilfe wird eine vorgegebene Phasen- und Amplitudencharakteristik über einen weiten Frequenzbereich nachgebildet, wobei sie nur einmalig fest eingestellt bzw. abgeglichen werden muss. Dieser Signalweg wird über den Koppler mit dem Grundwellensignal gekoppelt. Das Verfahren ist gleichermassen im Rund- wie im Rechteck-/Quadrathohlleiterquerschnitt anwendbar, wobei für jede Polarisationsrichtung ein eigener Kompensationskreis aufzubauen ist. In vorteilhafter Weise wird das Korrektursignal mittels des Korrekturnetzwerks so eingestellt, dass ausser dem vom Reflektor jeweils erzeugten Kreuzpolarisationsanteil auch Dispersionen der Phasenlagen in der Hohlleiterzuführung und im Freiraum und ausserdem die Eigenschaften des Modenkopplers berücksichtigt sind. Mit einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten Kompensationseinrichtung lässt sich bei Linearpolarisation in einem breiten Frequenzbereich eine wesentliche Verbesserung des Kreuzpolarisationsverhaltens bei seitlich gespeisten Reflektorantennen erreichen. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestellten Schaltungsbeispiels erläutert. Die Antenne besteht aus einem gekrümmten Reflektor 9, auf den ein mit seinem Speisezentrum im Reflektorbrennpunkt angeordneter Hornstrahler 8 seitlich einstrahlt. Gespeist wird der Hornstrahler 8 über einen Zuführungshohlleiter 7. Bei Betrachtung in Senderichtung wird über einen Signalkopp ler 3 aus einem nur die Grundwelle führenden Teil 1 des Zuführungshohlleiters ein bestimmter Anteil des ankommenden Grundwellensignals abgeleitet und über eine Leitung 2 einem Korrekturnetzwerk 4 zugeführt. Die im Netzwerk 4 enthaltene Schaltung besteht aus verschiedenen, der Amplitudeneinstellung dienenden Dämpfungskreisen 11 und Phasengliedern 10, die so bemessen sind, dass sie über das gewünschte Frequenzband die notwendige Signal charakteristik einstellen. Das dem Netzwerk 4 entnommene Korrektursignal wird dann einem äusseren Eingang 5 eines Modenkopplers 6 eingegeben und dort als höherer Wellentyp wieder in den Zuführungshohlleiter 7 eingekoppelt und zusammen mit der Grundwelle vom Hornstrahler 8 zum Reflektor 9 hin abgestrahlt. Das dem äusseren Eingang 5 des Modenkopplers 6 zugeführte zusätzliche Signal ist so geartet, dass es den vom Reflektor 9 jeweils erzeugten Kreuzpolarisationsanteil kompensiert, d.h. das Korrekturnetzwerk 4 muss auch beispielsweise Dispersionen der Phasen im Hohlleiter 7, im Freiraum (Nahfeld) und Eigenschaften des Modenkopplers 5 berücksichtigen. Beispiele für entsprechende Kombinationen von Hohlleiterwellentypen, die in verschiedenen Strahlern zur Kompensation erzeugt werden können, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Strahlertyp Grundwellenkomponente + Kompensationskomponente Runder Hornstrahler H11 + E11 + H bzw. E mit glatter Wand Runder Strahler HE11 + HE21 bzw. EO1 mit Rillenwand Quadratstrahler H10 + H11/E11 longit.Pol. mit glatter Wand + H20 transvers.Pol.

Claims: Patentansprüche: 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, in dessen Hohlleiterzuführung Wellen eines im Vergleich zur Grundwelle höheren Wellentyps angeregt sind, die in entgegengesetzter Phasenlage gleiche Amplituden haben wie die Wellen desjenigen Wellentyps, der die gleichen störenden Kreuzpolarisationskomponenten hervorrufen würde, wie sie der gekrümmte Reflektor tatsächlich verursacht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in die Hohlleiterzuführung (7) des Primärstrahlers (8) ein nach Art eines Peilwellenkopplers aufgebauter Modenkoppler (6) eingebaut ist, der einen äusseren Signaleingang (5) 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 (5) des Nodenkopplers (6) angelegte Korrektursignal dem Ausgang eines externen Korrektursignalwegs entnommen wird, in dessen Verlauf als Korrekturnetzwerk (4) breitbandig wirksame, d.h. frequenzangepasste passive Phasen- und Amplitudeneinstellglieder (10, 11), angeordnet sind, die so bemessen sind, dass über das gewünschte Frequenzband die notwendige Korrektursignalcharakteristik eingestellt wird, und dass der Korrektursignalweg an seiner Eingangsseite (2) über einen Koppler (3) mit dem nur die Grundwelle führenden Teil (1) der Hohlleiterzuführung derart verbunden ist, dass ein Teil des Grundwellensignals in den Korrektursignalweg eingekoppelt wird. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Polarisationsrichtung der Antenne ein eigener Korrektursignalweg vorgesehen ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal mittels des Korrekturnetzwerks (4) so eingestellt ist, dass ausser dem vom Reflektor (9) jeweils erzeugten Kreuzpolarisationsanteil auch Dispersionen der Phasenlagen in der Hohlleiterzuführung (7) und im Freiraum und ausserdem die Eigenschaften des Modenkopplers (6) berücksichtigt sind.

Inventors: GIEFING, ANTON, DIPL.-ING., LEUPELT, UWE, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H01Q19
IPC codes: H01Q19