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Die Erfindung bezieht sich auf ein Antennensystem mit einer
Linse und Speisemitteln für elektromagnetische Wellen, das
vorzugsweise zum Empfang von Mikrowellensignalen verwendet werden
kann.
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Antennensysteme mit einer Luneburg-Linse und geeigneten
Speisemitteln sind z.B. aus US-PS 4,531,129 bekannt. Solche
Systeme können als Teil eines Satelliten-Rundfunk- und
-Fernsehempfangssystems zum Empfang von Mikrowellen verwendet
werden. Sie können aber auch als Teil eines Sendesystems
verwendet werden.
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Es ist auch bekannt, z.B. aus dem Aufsatz "Virtual Source
Luneburg Lenses"; IRE TRANSACTIONS-ANTENNAS AND PROPAGATION,
Juli 1954, Seiten 94 bis 98 von G.D.M. Peeler et al., daß
virtueile Luneburg-Linsen verwendet werden können.
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wegen der Symmetrie in der Luneburg-Linse können ebene
reflektierende Flächen (Reflektoren) durch ihre Mitte verlaufen,
und die Strahlenwege können durch die Verwendung von Bildern
verfolgt werden. Die Hinzufügung solcher Reflektoren erzeugt
virtuelle Quellen, deren Positionen von der Orientierung der
reellen Speisequelle und des Reflektors abhängen.
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Es ist allgemein bekannt, Antennensysteme zu verwenden, die
einen Parabol-Reflektor und ein Speisehorn enthalten, das im
Brennpunkt des Parabol-Reflektors vorgesehen ist, um
Mikrowellensignale zu empfangen.
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Aus der US-PS 4,742 359 ist es bekannt, daß das Speisehorn
durch eine Wendelantenne mit zwei Enden ersetzt werden kann,
wobei das erste Ende mit einer Speiseleitung verbunden ist. Zum
Zwecke der nachfolgenden Erklärung sei bemerkt, daß die
Speiseleitung mit der Achse der Wendelantenne ausgerichtet ist. Eine
solche Wendelantenne kann als sogenannte
Längsstrahl-Wendelantenne aufgebaut sein, wobei unter maximal empfangenen
Leistungsbedingungen die Richtung des Signalleistungsflusses an dem
genannten ersten Ende die gleiche ist wie die der empfangenen
Strahlung. Eine solche Wendelantenne kann auch als sogenannte
Rückstrahl-Wendelantenne aufgebaut werden, wobei unter maximal
empfangenen Leistungsbedingungen die Richtung des
Signal-Leistungsflusses an dem genannten ersten Ende entgegengesetzt zu
der der empfangenen Strahlung ist.
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In dem genannten US-Patent ist ein Antennensystem
aufgezeigt, das einen Reflektor und eine primäre Wendelantenne
umfaßt, die eine Spule mit zwei Enden besitzt, wobei die Spule am
Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist, so daß die Achse der
Wendelantenne im wesentlichen mit der Achse des Reflektors
zusammenfällt. Eine Speiseleitung koppelt das Antennensystem mit
einer externen Schaltung, so daß die primäre Wendelantenne eine
Rijckstrahl-Wendelantenne darstellt, die mit der Speiseleitung an
dem näheren Ende von dem Reflektor verbunden ist, und das andere
Ende der Wendelantenne steht frei, wobei die Speiseleitung ein
Koaxialkabel ist.
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Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein
kompaktes Antennensystem vorzusehen, um mehrere elektromagnetische,
vorzugsweise Mikrowellensignale von unterschiedlichen Richtungen
zu empfangen.
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Dies wird durch ein Antennensystem gemäß Anspruch 1
realisiert.
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Das Antennensystem gemäß der Erfindung enthält eine Linse,
vorzugsweise eine Linse vom Luneburg-Typ mit als wendelförmige
Spule ausgebildeten Speisemitteln.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß sie eine natürliche
mechanische Stütze für die Speisemittel und die mit den
Speisemitteln verbundenen Speisekabel vorsieht.
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Wenn eine halbkugelförmige Linse verwendet wird, können die
Herstellungskosten vermindert werden, und das Antennensystem ist
weniger voluminös. Insbesondere in diesem Fall erhöht das
erfindungsgemäße Antennensystem den Empfangswirkungsgrad durch
Verminderung der Blockierung der Öffnung, und die Länge der
erforderlichen Speisekabel kann verringert werden.
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Es sei erwähnt, daß die Speisemittel, die auch als Mittel
zur Speisung bezeichnet werden, zum Empfang und Senden von
elektromagnetischen Wellen verwendet werden können. Im letzteren
Fall kann das erfindungsgemäße Antennensystem auch als
Sende-Antennensystem verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend zum besseren Verständnis
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen stellen dar:
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Fig. 1a, 1b bekannte Antennensysteme mit einer Luneburg-
Linse und Speisehörnern;
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Fig. 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung.
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Fig. 1a zeigt ein bekanntes Antennensystem, bei dem eine
Welle 10 durch eine kugelförmige Luneburg-Linse 11 gebrochen
wird, so daß sie in einem Brennpunkt 12a fokussiert wird. Nahe
dem Brennpunkt 12a ist ein Speisehorn 13a vorgesehen, das die
fokussierte Welle empfängt und geeignete Signale durch ein
Koaxialkabel 14a zu einem Empfänger 15 leitet.
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Nicht gezeigte Wellen können in Brennpunkten 12b bzw. 12c
fokussiert und von Speisehörnern 13b, 13c empfangen werden, und
geeignete Signale können durch Koaxialkabel 14b, 14c zum
Empfänger 15 geleitet werden.
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Die Funktion des Antennensystems gemäß Fig..4.a ist allgemein
bekannt. Es kann gesagt werden, daß der Empfänger 15
vorzugsweise als rauscharmer Empfänger aufgebaut ist, der geeignete
Umformungs- und Empf angsmittel enthält.
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Fig. 1b zeigt ein anderes bekanntes Antennensystem mit einer
Luneburg-Linse mit virtueller Quelle. Einzelheiten mit derselben
Funktion wie in Fig. 1a sind mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
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Die Welle 10 wird durch eine Konstruktion einer
halbkugelförmigen Luneburg-Linse 21 und eines ebenen Reflektors 16 am
Brennpunkt 22a fokussiert.
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Die nicht gezeigten Wellen können an Brennpunkten 22b bzw.
22c fokussiert werden, und die gewonnenen Signale werden dem
Empfänger 15 zugeführt.
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Aus der Betrachtung der Strahlenwege ist ersichtlich, daß
vollkommene virtuelle Bilder 22a, 22b, 22c der Brennpunkte 12a,
12b, 12c gebildet werden.
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Man sieht, daß die Antennenöf fnung durch die Speisehörner
13a, 13b, 13c und durch die Koaxialkabel 14a, 14b, 14c blokkiert
wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind aus
Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich, wo Einzelheiten mit derselben
Funktion wie in den gezeigten Antennensystemen mit denselben
Bezugsziffern bezeichnet sind, und sie werden nur so weit
beschrieben wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
notwendig ist.
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Um die Zeichnung zu vereinfachen, zeigt Fig.2 die Welle 10
nur außerhalb der kugelförmigen Luneburg-Linse 11. Es sollte
jedoch beachtet werden, daß die Welle 10 sich auch innerhalb der
Linse 11 ausbreitet. Am Brennpunkt 12a ist eine
Längsstrahl-Wendelantenne 23a vorgesehen, die mit dem Koaxialkabel 14a
verbunden ist.
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Nahe den Brennpunkten 12b, 12c sind
Längsstrahl-Wendelantennen 23b, 23c vorgesehen und mit den Koaxialkabeln 14b bzw. 14c
verbunden.
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Die von den Längsstrahl-Wendelantennen 23a, 23b, 23c
empfangenen Signale werden durch die Koaxialkabel 14a, 14b, 14c zum
Empfänger 15 geleitet.
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Fig. 3 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, wobei die Welle 10 erneut aus Gründen der Klarheit nur
außerhalb der halbkugelförmigen Luneburg-Linse 21 dargestellt
ist.
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An den Brennpunkten 22a, 22b, 22c sind
Rückstrahl-Wendelantennen 33a, 33b, 33c vorgesehen und mit Speiseleitungen 24a, 24b
bzw. 24c verbunden. Die von den Rückstrahl-Wendelantennen 22a,
22b, 22c empfangenen Signale werden durch die Speiseleitungen
24a, 24b. bzw. 24c zum Empfänger 15 geleitet.
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Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die
Wendelantennen 23, 33 und die Speiseleitungen 24 in die entsprechenden
Linsen 11, 21 integriert. Dies kann durch ein geeignetes
Herstellungsverfahren realisiert werden, bei dem Öffnungen für die
Kabelwege und/oder die Wendelantennen 23, 33 vorgesehen werden
können.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß wenigstens
teilweise die Wendelantennen und/oder die Speiseleitungen 24
unmittelbar durch das Material der Linse umgeben werden.
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In beiden Fällen kann der Brechungsindex der Linsen in
geeigneter Weise korrigiert werden, was durch Verwendung eines
Herstellungsverfahrens erreicht werden kann, bei dem
dielektrisches Material, z.B. in Form eines Fadens mit einem
veränderbaren Brechungsindex gewickelt wird. Geeignete Korrekturen des
Brechungsindex sind auch möglich, wenn dielektrisches Material
aus einer Reihe von halbkugelförmigen Schalen oder anderen
geeigneten-Formen gebildet wird.
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Es besteht ferner noch die weitere Möglichkeit, die
Kabelwege nach der Herstellung der Linsen durch Bohren herzustellen.
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Es ist zu erwähnen, daß Versionen der bevorzugten
Ausführungsformen wenigstens eine der folgenden Änderungen enthalten
können:
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- Die Koaxialkabel 14 können durch andere
geeignete Speiseleitungen ersetzt werden, die in
die verwendete Linse integriert werden können;
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- mehr oder weniger als drei Speisevorrichtungen
23, 33 können vorgesehen werden;
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- der Brechungsindex der verwendeten Linsen kann
eine solche Änderung haben, daß die Brennpunkte
12, 22 innerhalb oder außerhalb der Oberfläche
der entsprechenden Linse 11, 21 liegen, wodurch
der Ort der entsprechenden Speisevorrichtungen
23, 33 sich in geeigneter Weise ändern kann;
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- außer den dargestellten Speisevorrichtungen 23,
33, die in die entsprechende Linse 11, 21
integriert sind, können zusätzliche
Speisevorrichtungen außerhalb der Oberfläche der Linse
angeordnet werden;
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- anstelle von voll- oder halbkugelförmigen
Luneburg-Linsen können andere Linsen, z.B.
zylindrische Luneburg-Linsen, verwendet werden, wobei
eine leichtere Anordnung der Speisevorrichtungen
23, 33 und/oder eine unterschiedliche
Strahlenform erreicht werden kann;
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- es ist auch möglich, eine Luneburg-Linse mit
konischer Form, Pyramidenform oder dergl. zu
verwenden. In einem Solchen Fall ist es
vorzuziehen, daß die Form des Reflektors 16, der
metallisch sein kann, so verändert wird, daß er
wenigstens eine jener Seiten der Linse bedeckt,
die nicht von den zu empfangenden-Wellen 10
durchdrungen wird;
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- der Brechungsindex der verwendeten Linse kann
sich so ändern, daß der Empfang von mehreren
Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen
optimiert wird;
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- eine homogene Linse kann verwendet werden, was
bedeutet, daß der Brechungsindex über der ganzen
Linse konstant sein- kann;
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- das erfindungsgemäße Antennensystem kann auch
als Sende-Antennensystem verwendet werden, wenn
die Speiseleitungen 14, 24 mit geeigneten
Sendemitteln verbunden werden.
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Das Antennensystem gemäß der Erfindung enthält eine Linse,
die ankommende Wellen an entsprechenden Brennpunkten fokussiert.
Wendelförmige Speisevorrichtungen, die nahe den Brennpunkten
angeordnet sind und vorzugsweise in die Linse integriert sind,
empfangen die Wellen, und geeignete Signale werden durch
Speiseleitungen einem geeigneten Empfänger oder Verstärker oder einem
Vorverstärker oder dergl. zugeführt.
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Durch das erfindungsgemäße Antennensystem kann eine
mechanische Stütze für die Speisevorrichtungen und die Speiseleitungen
erzielt. werden.
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Wenn eine halbkugelförmige Linse verwendet wird, ist das
Antennensystern weniger voluminös und insbesondere in diesem Fall
kann die Länge der benötigten Speiseleitungen vermindert und der
Empfangs-Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Systemen
vergrößert werden.
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Das System gemäß der Erfindung wird vorzugsweise als Teil
eines Systems zum Direktempfang von Rundfunk- und
Fernseh-Satelliten-Mikrowellen von verschiedenen Satelliten verwendet.