Die Erfindung betrifft eine Reflektorantenne zum gleichzeitigen Empfang der Strahlungsfelder von n≥2 im Orbit zueinander azimutal versetzt positionierten Satelliten, wobei die Reflektorantenne einen insbesondere parabolischen Reflektor, sowie von n auf einer Linie im Brennbereich des Reflektors angeordneten Strahlungserregern zum Empfang von polarisierter Strahlung hat, wobei die Strahlungserreger im Brennbereich in festen geometrischen Abständen zueinander angeordnet sind, derart, daß jeweils ein Strahlungserreger einer Strahlungsquelle eines Satellits zugeordnet ist und der Abstand der Strahlungserreger dem insbesondere azimutalem Versatz der zu empfangenden Strahlungsquellen der Satelliten entspricht.
Die gegenwärtig für den Mehrfachempfang von Satellitenquellen verfügbaren Antennenlösungen beruhen auf der gegenseitig winkelversetzten Anordnung mehrerer Erregersysteme im Brennbereich eines Reflektors oder auf der Horizontalbewegung eines Erregersystems innerhalb des Brennbereiches des Reflektors. Hierbei bestehen die Erregersysteme in beiden Fällen aus passiven Hohlwellenstrahlern, denen jeweils ein Konvertermodul mit Low-Noise-Konverter nachgekoppelt ist. Im ersten Fall besteht die bekannte Lösung folglich in der Multiplizierung des gesamten Erregersystems, bestehend aus Strahler- und Konvertierungskomponente, wobei sich einerseits die entsprechenden Kostenpositionen vervielfachen und andererseits der Rückwirkungsquerschnitt leitfähiger Störungen im Brennbereich des Reflektors erhöht wird. Desweiteren steigt der empfängerseitige steuerungsbedingte Aufwand mit der Anzahl der zu steuernden Erregersysteme. Der zweite Fall erfordert für die bekannte horizontale Linearbewegung des Erregersystems die notwendige Aktorik in Form eines motorisch-mechanischen Bewegungsapparates sowie einer zugeordneten Ansteuerung. Die auf dieser Basis bekannten Lösungen lassen darüber hinausgehend die in Abhängigkeit von der jeweiligen Konstellation zwischen Zielorbitposition und Standort des Empfängersystems wirksamen Veränderungen bzw. Drehungen der Polarisationsebene unberücksichtigt und bedingen somit unter dem Einfluß der jeweiligen Polarisationsverluste eine Reduzierung der Systemgüte der Antennenanordnung. Im Fall der verfahrbaren Erregersysteme ist zudem die Ausrichtung der Reflektorantenne nur schwer von ungeübten Laien durchzuführen, da sie eine genaue Bestimmung der von dem Erregersystem anzufahrenden Positionen erfordert.
Aus der EP 0 707 357 ist eine gattungsgemäße Antenne bekannt. Diese Reflektorantenne weist ein planares Anregungsnetzwerk zur Auskopplung der jeweiligen Wellenfelder auf. Die Reflektorantenne weist einen Eingangsignalverstärker für alle Strahlungserreger auf. Der Eingang des Eingangssignalverstärkers wird mittles Schalter mit dem jeweiligen Strahlungserreger verbunden. Durch die Verwendung eines normalen Schalters wird das Signal verzerrt. Das Signal wird daher bevor es verstärkt wird bereits , nachhaltig gestört und geschwächt. Durch die nachträgliche Verstärkung werden die durch den Schalter verursachten Störungen ebenfalls mitverstärkt, wodurch das verstärkte Signal mit einem starken Rauschen behaftet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Multifocus-Reflektorantenne bereitzustellen, deren technischer Aufbau im Vergleich zu den bekannten Systemen des Standes der Technik vereinfacht ist und deren Ausgangssignale weniger stark verrauscht sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Reflektorantenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung nur eines marktüblichen Low-Noise-Konverters für alle Strahlungserreger, besteht die Reflektorantenne vorteilhaft aus nur wenigen Komponenten, wodurch im Vergleich zu den bekannten Multifocusantennen die Antenne kostengünstiger herstellbar ist, da Low-Noise-Konverter bedingt durch ihren komplizierten Aufbau einen erheblichen Teil der Herstellungskosten der Reflektorantenne verursachen. Auch wird durch die Verwendung nur eines Low-Noise-Konverters bei der erfindungsgemäßen Reflektorantenne Gewicht eingespart und kann die Reflektorantenne von ihren äußeren Abmessungen her kleiner hergestellt werden. Auch wird vorteilhaft die Betriebssicherheit erhöht, da nur ein statt der sonst mehreren Konverter benötigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Low-Noise-Konverter n Eingänge, einen Umschalter, einen Mischer und mindestens einen "local oscillator" (LO) zur Erzeugung einer Vergleichsfrequenz, wobei die Ausgangssignale der Eingangsverstärker eines Strahlungserregers in den Eingang eines Low-Noise-Konverters einspeisbar sind, und der Umschalter einen der Eingänge wahlweise mit dem Mischer verbindet. Der Umschalter besteht dabei aus zwei Pfaden, die jeweils durch extrem rauscharme insbesondere HEMT (high electron mobility transistors) Transistoren gebildet sind, wobei die Transistoren entweder in den Verstärker- oder Sperrbetrieb schaltbar sind. Die Eingänge der Transistoren bilden die Eingänge des Low-Noise-Konverters. Die Ausgänge sind auf einen gemeinsamen Signalpfad gekoppelt, der zum Mischer führt. Der im Verstärkerbetrieb arbeitende Transistor bildet dabei den aktiven Pfad zum Mischer für das ausgekoppelte Wellenfeld desjenigen Strahlungserregers, der mit dem jeweiligen Eingang des Low-Noise-Konverters in Verbindung ist.
Wählt man n=2, so kann ein handelsüblicher Low-Noise-Konverter verwendet werden. Dabei ist zu beachten, daß handelsübliche Low-Noise-Konverter lediglich zwei Eingänge aufweisen, wobei jeder Eingang für ein aus dem Hohlwellenstrahler ausgekoppeltes polarisiertes Wellenfeld eines Erregersystems bestimmt ist. Mittels des im Low-Noise-Konverters integrierten Umschalters wird jeweils nur ein Eingang auf den nachgeschalteten Mischer geschaltet. Bei der erfindungsgemäßen Reflektorantenne wird dieser Umschalter jedoch nicht dafür benutzt, zwischen zwei verschiedenartig polarisierten Wellenfeldern hin und her zu schalten, sondern dient dazu, zwischen den beiden Erregersystemen hin und her zu schalten. Mittels einer vorgeschalteten Verstärker-Schaltstufe wird dabei jeweils einem Eingang des Low-Noise-Konverters das vertikal oder horizontal polarisierte vorverstärkte ausgekoppelte Wellenfeld des dem Eingang zugeordneten Erregersystems aufgeschaltet. Jeder Strahlungserreger der Reflektorantenne hat hierbei vorteilhaft einen Hohlwellenstrahler definierter Berandung und Geometrie, der mittels eines Hohlwellenleitersegmentes angeregt wird. Das Hohlleitersegment ist derart ausgebildet, daß die n Hohlwellenstrahler in ihren Abständen zueinander fixiert sind, wobei die Abstände entsprechend den azimutal versetzten Satellitensystemen gewählt sind. Mittels des im Ausführungsbeispiel angegebenen Abstandes der Hohlwellenstrahler zueinander, kann die erfindungsgemäße Reflektorantenne vorteilhaft fast in ganz Europa verwendet werden.
Mittels eines planaren Anregungsnetzwerks aus zwei in einer Ebene räumlich orthogonal zueinander angeordneten Mikrostreifenleitern definierter Geometrie und Berandung, wobei die Geometrie und Berandung den Wellenwiderstand des Mikrostreifenleiters und die optimale Anpassung an die nachgeschalteten Komponenten bestimmt, werden bei jedem Erregersystem zwei zueinander orthogonal und linear polarisierte Wellenfelder ausgekoppelt und zu den zugeordneten Eingängen des Low-Noise-Konverters geführt. Das Anregungsnetzwerk besteht dabei aus einer Kombination aus Microstrip- und Triplate-Wellenleitern.
Zur Steuerung der Eingangssignalverstärker, der den Eingangsverstärkern nachgeordneten polarisationsselektierenden Steuerschaltungen, des Umschalters, des Mischers und der "local oscillator" (LO) besitzt die Reflektorantenne eine Steuereinheit. In Abhängigkeit der vom nachgeschalteten Satellitenreceiver angeforderten Satellitensignale eines bestimmten Satelliten steuert die Steuereinheit die Vergleichsfrequenz des Mischers durch Ansteuerung der "local-oscillators", sowie den Signalpfad mittels des Umschalters des Low-Noise-Konverters, sowie der Eingangsverstärker und der Steuerschaltungen der Erregersysteme.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reflektorantenne anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ist eine Prinzipskizze des parabolischen Reflektors (1). Die aus der Einfallsrichtung auf dem Reflektor 1 auftreffenden Satellitensignale werden vom Reflektor 1 im Brennbereich fokussiert. Im Brennbereich ist wie aus Figur 1a ersichtlich, das Strahlermodul 2 fest bzw. starr zum Reflektor angeordnet. Das Strahlermodul 2 trägt die Strahlungserreger 3, bestehend aus der Komponentenaufnahme, aus jeweils zwei Hohlwellenstrahlern 8.1 und 8.2 gemäß Figur 2, dem Hohlwellenleitersegment gemäß Figur 3, dem planaren Anregungs- und Kopplungsnetzwerk gemäß Figur 4. Die Hohlwellenstrahler 8.1 und 8.2, das Hohlwellenleitersegment sowie das planare Anregungs- und Kopplungsnetzwerk sind gemäß Figur 8 zueinander angeordnet.
Die Abmessungen der Achse des Reflektors 1 betragen für den zu empfangenden Frequenzbereich von 10.70 bis 12.75 GHz für die große Achse Dv=81cm sowie für die kleine Achse Dh=72cm.
Gemäß der Figur 1a wird im Brennbereich des benannten Reflektors 1 eine Zeile von n = 2 gleichartigen Strahlungserregern angeordnet indem der Strahlungserreger im Brennbereich des Reflektors 1 im Offsetmodus sowie der Strahlungserreger in einer horizontalen Distanz a1 vom Strahlungserreger positioniert wird, wobei die Distanz a1=64mm für den Fall beträgt, daß die Antennenanordnung innerhalb der geographischen Begrenzungen 50 Grad nördlicher Breite und 62 Grad nördlicher Breite bzw. 10 Grad westlicher Länge und 30 Grad östlicher Länge eingesetzt wird, sowie a1=73mm für den Fall beträgt, daß die Antennenanordnung innerhalb der geographischen Begrenzungen 45 Grad nördlicher Breite und 55 Grad nördlicher Breite bzw. 10 Grad westlicher Länge und 30 Grad östlicher Länge verwendet wird. Die Strahlungserreger werden jeweils aus einer passiven Strahlerkomponente sowie einem aktiven Signalpfad gebildet. Die passiven Strahlerkomponenten werden als Hohlwellenleiterstrahler 8 mit den geometrischen Abmessungen sowie der Berandung gemäß der Figur 2 konfiguriert. Als Materialien werden bevorzugt Aluminium/Aluminium-Druckguß oder Messing/Messing-Druckguß oder Zink/Zink-Druckguß verwendet. Der Hohlwellenleiterstrahler 8 wird als rotationssymmetrische Rillenanordnung derart ausgeführt, daß ein erstes Rillensegment mit dem Durchmesser i8 sowie der Tiefe s1 mit einem zweiten Rillensegment mit dem Durchmesser i6 sowie der Tiefe s2-s6 gekoppelt wird indem sich die beiden Rillensegmente mit dem Maß s1-s6 überlappen. Das zweite Rillensegment wird mit einem dritten Rillensegment der Tiefe s3-s7 sowie dem Durchmesser i4 überlappt wobei die Überlappungshöhe s2-s7 beträgt. Das dritte Rillensegment schließt ein Hohlwellenleitersegment mit dem Durchmesser i1 sowie der Lange s4-s8 ein, wobei die Überlappungshöhe zwischen dem dritten Rillensegment und dem Hohlwellenleitersegment s3-s8 beträgt. Die Rillenbreite des dritten Rillensegmentes beträgt (i4-i3)/2 und erweitert sich in einer Höhe s9 gemessen von der Strahlereintrittsfläche auf den Wert (i4-i2)/2. Das Hohlwellenleitersegment mit dem Durchmesser i1 wird axial mittels eines Hohlwellenleitersegments der geometrischen Länge s5-s4 sowie mit dem Durchmesser 2r1 verlängert. Das erste und zweite Rillensegment werden in einer radialen Distanz (i7-i6)/2 voneinander überlappt; das zweite und dritte Rillensegment werden in einer radialen Distanz (i5-i4)/2 voneinander überlappt. Das dritte Rillensegment sowie das anschließende Hohlwellenleitersegment werden in einer radialen Distanz (i3-i2)/2 voneinander überlappt. Die Wellenauskopplung erfolgt über ein planares Anregungsnetzwerk 9 gemäß der Figur 4, wobei das Anregungsnetzwerk 9 derart ausgeführt ist, daß zwei orthogonale und elektromagnetisch entkoppelte Wellenpfade die getrennte Auskopplung linear horizontal bzw. linear vertikal polarisierter Feldkomponenten der in den Hohlwellenleiterstrahler einfallenden Wellenfelder gewährleisten. Wie in Figur 4 dargestellt, besteht das Anregungsnetzwerk 9 aus zwei in einer Ebene angeordneten Streifenleitern 10.1 mit der Längsabmessung z1 und der Querabmessung z4, sowie 10.2 mit der Längsabmessung z2 und der Querabmessung z3. Der Streifenleiter 10.2 wird in einem Winkel von 90 Grad gegenüber dem Streifenleiter 10.1 eingekoppelt, wobei der Streifenleiter 10.1 die parallele Achsenverlängerung des Triplate-Wellenleiters 14.1 der Längsabmessung x3 sowie der Querabmessung x4 bildet. Ferner besteht das Anregungsnetzwerk 9 aus einer leitfähigen Fläche 11 quadratischer Berandung mit der Kantenlänge p1 entsprechend den in Figur 4 und der angehängten Bemassungsliste angegebenen Abmessungen, wobei der Streifenleiter 10.1 in Kantenmitte auf eine zweier benachbarter und zueinander senkrecht verlaufender Kanten der leitfähigen Fläche 11 getrennt durch einen Spalt der Spaltbreite p6 gemäß der Darstellung 4, auf die leitfähige Fläche 11 führend angeordnet wird, und der Streifenleiter 10.2 mittig auf die andere der zwei benachbarten und zueinander senkrecht verlaufenden Kanten der leitfähigen Fläche 11 getrennt durch einen Spalt der Spaltbreite p5 auf die leitfähige Fläche 11 führend angeordnet wird. Durch die entsprechende Anpassung wird gewährleistet, daß bei jedem Strahlungserreger 3 zwei räumlich orthogonal und linear polarisierte Wellenfelder in der Signatur der H11-Welle ausgekoppelt werden. Das gekoppelte System aus Hohlwellenleiterstrahler 8 und Anregungsnetzwerk 9 ist in dem aufgeführten Ausführungsbeispiel für den Spektralbereich 10.70 GHz und 12.75 GHz bemessen.
Außerhalb des Hohlwellenraumes des Hohlwellenleitersegmentes 13 mit dem Innenradius r1 des Hohlwellenleiterstrahlers 8 werden die beiden Streifenleiter 10.1 bzw. 10.2 jeweils galvanisch mit dem Mikrostreifen des Triplate-Wellenleiters 14 gekoppelte, wobei die Länge des Triplate-Wellenleiters 14.1 identisch der Ausdehnung der leitfähigen Schirmung zuzüglich der Länge x2 ist und damit die Längsabmessung x3 sowie die Querabmessung x4 aufweist und die Länge des Triplate-Wellenleiters 14.2 die Abmessung x5 sowie die Querabmessung y6 beträgt. Hierbei entspricht die Länge des Triplate-Wellenleiters der Ausdehnung der leitfähigen Schirmung zuzüglich der axialen Länge x2. Die Leiterlänge x2 bildet somit die axiale Verlängerung des Mikrostreifens des Triplate-Wellenleiters 14.1 in den Hohlwellenleiterraum mit dem Innenradius r1 bzw. die Leiterlänge x1 die axiale Verlängerung des Mikrostreifens des Triplate-Wellenleiters 14.2 in den Hohlwellenleiterraum mit dem Innenradius r1. Die leitfähige Schirmung des Triplate-Wellenleiters 14.1 wird gemäß der Figur 3 als leitfähige Berandung der Breite k2 in einer Höhe m5 über dem Mikrostreifen des Triplate-Wellenleiters ausgeführt. Die leitfähige Schirmung des Triplate-Wellenleiters 14.2 wird gemäß der Darstellung 3 als leitfähige Berandung der Breite k2 in einer Höhe m5 über dem Mikrostreifen des Triplate-Wellenleiters ausgeführt. Mittels Microstrip-Wellenleiter (15) erfolgt gemäß der Darstellung 4 die Kopplung zwischen dem Triplate-Wellenleiter 14 und dem aktiven Signalpfad 7. Hierbei schließt sich der Microstrip-Wellenleiter 15.1 mit der Querabmessung h3 axial an den Triplate-Wellenleiter 14.1 und der Microstrip-Wellenleiter 15.2 mit der Querabmessung h7 axial an den Triplate-Wellenleiter 14.2 an. Die Signalpfade 14.1, 15.1, 14.2 und 15.2 werden durch definierte leitfähige Flächen gemäß der Figur 4 die mittels Durchkontaktierung mit der ganzflächig und unterseitig durch den dielektrischen Basisträger TLY2 galvanisch voneinander getrennten angeordneten leitfähigen Massefläche verbunden werden, kopplungsseitig getrennt, indem im Abstand h2 vom Microstrip-Wellenleiter 15.1 ein leitfähiger Streifen 19.1 der Streifenbreite h1 parallel zum Pfad 14.1, 15.1 geführt wird und im Abstand h8 parallel zum Pfad 14.2, 15.2 ein leitfähiger Streifen 19.2 der Streifenbreite h9 geführt wird. Zwischen den beiden Leiterzügen der bezeichneten Signalpfade 14.1, 15.1 und 14.2, 15.2 wird eine leitfähige Fläche 19.3 mit den Abmessungen h5, y1, y2, y3 sowie r1 gemäß der Figur 4 angeordnet, die mittels Durchkontaktierung mit der ganzflächig und unterseitig, durch den dielektrischen Basisträger TLY-2 galvanisch voneinander getrennten angeordneten leitfähigen Massefläche verbunden wird. Ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel zeigt die Figur 4a. Hier werden die Signalpfade 14.1, 15.1 und 14.2, 15.2 durch definierte leitfähige Flächen 19.1, 19.2, die mittels Durchkontaktierung mit der unterseitig, durch den dielektrischen Basisträger TLY2 galvanisch voneinander getrennten, angeordneten leitfähigen Massefläche verbunden werden, kopplungsseitig getrennt, indem im Abstand h2' vom Triplate-Wellenleiter 14.1 ein leitfähiger Streifen der Streifenbreite h1' parallel zum Pfad 14.1, 15.1 geführt wird und im Abstand h8' vom Triplate-Wellenleiter 14.2 parallel zum Pfad 14.2, 15.2 ein leitfähiger Streifen der Streifenbreite h9' geführt wird, wobei die beiden geradlinig angeordneten leitfähigen Streifen entlang der leitfähigen Hohlwellenleitersegmentberandung kreisförmig mit dem Innenradius r1' sowie dem Außenradius r7 weitergeführt bzw. miteinander verbunden werden, indem der kreisförmig verlaufende leitfähige Abschnitt gleichfalls mittels Durchkontaktierung mit der unterhalb des dielektrischen Basisträgers angeordneten und hohlwellenleiterseitig kreisförmig durch die radial mit dem Radius r1' verlaufende Innenkante des Hohlwellenleitersegmentes begrenzten Massefläche leitfähig verbunden wird und gemäß der Darstellung 4 den leitfähigen und mittels Durchkontaktierung mit der leitfähigen Massefläche verbundenen Berandungsabschnitt 19.1 sowie das leitfähige Kopplungssegment zwischen dem Hohlwellenleitersegment 13 und dem Hohlwellenleiterstrahler 8 bilden. Zwischen den beiden Leiterzügen der bezeichneten Signalpfade 14.1, 15.1 und 14.2, 15.2 wird eine leitfähige Fläche mit der Streifenbreite h5' sowie r1' gemäß der Darstellung angeordnet, die mittels Durchkontaktierung mit der ganzflächig und unterseitig, durch den dielektrischen Basisträger TLY-2 galvanisch voneinander getrennten, angeordneten leitfähigen Massefläche verbunden wird.
Innerhalb der Begrenzungslinien 20.1, 20.2 erfolgt die Ausstanzung des dielektrischen Basisträgers TLY, so daß das außerhalb der Begrenzungslinien 20 resultierende dielektrische Trägersegment innerhalb des Hohlwellenleiterprofils als Träger der Mikrostreifen 10.1 und 10.2 sowie der leitfähigen Fläche 11 strukturiert wird.
Die Art und Weise der mechanischen Zusammenführung der Komponenten der Figuren 2 bis 4 ist in der Figur 8 verdeutlicht.
Gemäß der Figur 5 besteht der aktive Signalpfad 7 aus den Eingangssignalverstärkerstufen 16.1, 16.2, 16.3 und 16.4, sowie der polarisationsselektierenden Steuerschaltung 17. Der Signalpfad 7 bildet das schaltbare Kopplungsglied zwischen den Strahlungserregern 3 und dem Konvertermodul 5, welcher den Low-Noise-Konverter 21 beinhaltet. Mittels des Umschalters 23 des Low-Noise-Konverters 21 wird der jeweilige Eingang 22 des Low-Noise-Konverters 21 aktiviert, wodurch die Ansteuerung des an diesen Eingang 22 angeschlossen Strahlungserreger 3.1 oder 3.2 erfolgt. Die Ansteuerung des Umschalters 23 wird über ein bevorzugt vom Satellitenreceiver extern erzeugtes 0V/10V- oder 0V/12V-Signal vorgenommen. Die Polarisationssteuerung erfolgt mittels eines ebenfalls bevorzugt extern generierten 14V/18V-Schaltsignals.
Die dielektrische Basis der Streifenleiter 10, Triplate-Wellenleiter 14, Microstrip-Wellenleiter 15, sowie des Signalpfades 7 wird mittels einer PTFE-Komposition der Dielektrizitätszahl von 2.2 vorzugsweise TLY-2 der Basishöhe von 0.79mm gebildet.
Sowohl die n Strahlungserreger 3, die Hohlwellenleitersegmente 13 der zeilenförmig positionierten n=2 Strahlungserreger 3, als auch die Komponenten des aktiven Signalpfades 7 werden gemäß der Figur 6 mittels der Komponentenaufnahme 18 mechanisch definiert zueinander angeordnet, wobei für die Komponentenaufnahme 18 eine Trägerplatte ist, die bevorzugt aus Aluminium/Aluminium-Druckguß, Messing/Messing-Druckguß oder Zink/Zink-Druckguß besteht.