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Offset- Antenne

Bild 1: Offset-Antenne als Ausschnitt eines Paraboloiden

Bild 1: Offset-Antenne als Ausschnitt eines Paraboloiden

Offset- Antenne

Ein Problem bei Parabolantennen ist, dass wenn sich der Strahler direkt in der Hauptstrahlrichtung befindet, dieser die Antenne abschattet. Bei einer normalen Parabolantenne stellt der Hornstrahler der Antenne und seine Befestigungen also ein Hindernis für die vom Reflektor kommenden elektromagnetischen Wellen dar.

Bei einer Offset-Antenne befindet sich der Strahler aber außerhalb der Strahlungsrichtung und kann somit das Antennendiagramm nicht mehr negativ beeinflussen. Der Hornstrahler strahlt nach oben in einen Parabolreflektorausschnitt und die untere Hälfte des Parabolspiegels wird nicht mehr verwendet. Im Endeffekt wird dadurch erreicht, dass der Parabolreflektor weniger gekrümmt ist und sein Brennpunkt weiter entfernt ist. Der Hornstrahler ist demzufolge auch weiter vom Reflektor entfernt und muss deshalb eine stärkere Bündelung der elektromagnetischen Strahlen ermöglichen, um den Parabolreflektorausschnitt vollständig auszuleuchten. Das erfordert längere Hornstrahler und im Allgemeinen auch eine aufwändigere Berechnung der Konstruktion.

Fokus
Umriss des
Reflektors
projizierte
Apertur

Bild 2: Geometrie der Offset-Parabolantenne

Fokus
Umriss
des
Reflektors
projizierte
Apertur

Bild 2: Geometrie der Offset-Parabolantenne für ein symmetrisches Antennendiagramm

Bei handelsüblichen Offset- Antennen, wie etwa Satelitenempfangsanlagen, ist der Ausschnitt aus dem rotations-paraboloiden Reflektorkörper nicht rund, sondern oval. Der Reflektor einer effektiven Offset-Antenne sollte seine Begrenzungen an Punkten gleicher Leistungsdichte aufweisen – diese ist bei einer Exzentrizität des Strahlers oval oder sogar eiförmig. Nachvollziehen kann man das mit einem Taschenlampenexperiment: strahlt die Taschenlampe senkrecht auf eine Fläche, ist die ausgeleuchtete Fläche rund. Wird die Taschenlampe dagegen leicht schräg auf eine Fläche gerichtet, wird die ausgeleuchtete Fläche einer Ellipse angenähert. Deshalb hat eine handelsübliche Offset-Antenne für den Satellitenempfang beispielsweise eine Breite von 1,25 m und eine Höhe von 1,35 m. Aufgrund der Projektion dieser Fläche erscheint dann eine runde effektive Antennenfläche (Apertur). Gemessen an der realen Reflektorfläche ist diese Apertur kleiner. Das hat zur Folge, dass sich auch der Antennengewinn gemessen an der realen Reflektorfläche etwas verschlechtert.

Bild 3: Offsetantenne mit Antennenreflektor als sogenannter “Orange-Peel Paraboloid”

Bild 3: Offsetantenne mit Antennenreflektor als sogenannter “Orange-Peel Paraboloid”

Gerade bei 2D Radargeräten ist diese runde Apertur jedoch meist nicht erwünscht. Im Seitenwinkel wird ein möglichst kleiner Öffnungswinkel, während im Höhenwinkel ein gegebener Wert im Bereich von 15 bis 30 Grad angestrebt wird. Deshalb ist eine Parabolantenne für Radargeräte nicht mehr nur ein einfacher eckiger Ausschnitt aus einem Paraboloiden (wie bei der Fächerantenne gezeigt), sondern hat eine mehr abgerundete Form. Ziel dieser Formgebung ist eine möglichst effektive Ausnutzung des Reflektors bei gleichzeitig möglichst kleiner Fläche. Da jetzt aber der Abstand des Reflektors in der Höhe unterschiedlich ist, wird auch die Strahlungsdichte eines Primärstrahlers (mit meist symmetrischem Diagramm) unterschiedlich stark verteilt. Je weiter der Reflektor von diesem Strahler entfernt ist, desto geringer ist dessen Strahlungsdichte auf der Reflektoroberfläche. Einzelne Teilflächen am Rand sind damit weniger effektiv an der Bildung des Antennendiagramms beteiligt. Ab einer bestimmten geforderten Mindesteffektivität kann man diese Teilflächen also einfach weglassen. Dadurch entsteht eine Reflektorform, die an ein Segment einer Orangenschale erinnert. In englischsprachiger Literatur wird sie deshalb auch direkt als Orange-Peel Paraboloid oder Orange-Peel Antenna bezeichnet.

Die meisten Radargeräte mit einer Parabolantenne benutzen das Prinzip der Offsetantenne. Zusätzlich zu einer reinen Empfangsantenne (zum Beispiel von einer Satellitenempfangsanlage) hat dieser Aufbau bei Radargeräten auch den Vorteil, dass die starke Sendeleistung durch den Reflektor nicht direkt wieder zum Strahler reflektiert und von diesem empfangen wird. Durch diese konstruktiv bedingte Reflexion einer symmetrischen Parabolantenne würde sich das Stehwellenverhältnis auf der Antennenzuleitung verschlechtern und die Senderendstufe belasten.