-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Empfangen von linear polarisierten Satellitensignalen, mit einer ersten und einer zweiten Auskoppelsonde, die im Winkel zueinander ausgerichtet sind und in einen Hohlleiter hineinragen, wobei die erste Auskoppelsonde ein erstes linear polarisiertes Eingangssignal bereitstellt und wobei die zweite Auskoppelsonde ein zweites linear polarisiertes Eingangssignal bereitstellt, und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der beiden Eingangssignale.
-
Derartige Vorrichtungen kommen zum Empfang von linear polarisierten Signalen zum Einsatz, die von geostationären Satelliten übertragen werden, insbesondere in einem Frequenzbereich von 10,7 GHz bis 12,75 GHz. Die Satellitensignale sind linear polarisiert, wobei von einem geostationären Satelliten häufig im identischen Frequenzbereich, insbesondere auf identischen Trägerfrequenzen, zwei unterschiedliche Signale in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsebenen übertragen werden. Eine der Polarisationsebenen wird üblicherweise als vertikale Polarisationsebene und die andere Polarisationsebene wird üblicherweise als horizontale Polarisationsebene bezeichnet. Der Empfang der Satellitensignale erfolgt mit Hilfe von zwei Auskoppelsonden, die in einen Hohlleiter hineinragen und im Winkel zueinander, vorzugsweise senkrecht zu einander ausgerichtet sind.
-
Beim Empfang eines linear polarisierten Satellitensignals ergibt sich die Schwierigkeit, dass die hierfür vorgesehene Auskoppelsonde idealerweise in der Polarisationsebene des gewünschten Satellitensignals ausgerichtet sein sollte. Ansonsten kann die Auskoppelsonde lediglich einen Bruchteil der am Empfangsort zur Verfügung stehenden Energie aufnehmen und die Auskoppelsonde empfängt nicht nur einen Anteil des an sich gewünschten Satellitensignals sondern auch einen Anteil des Satellitensignals, das in der anderen Polarisationsebene übertragen wird. Dies führt zu einer Verschlechterung des Signal-/Rauschverhältnisses des von der Auskoppelsonde bereitgestellten Signals.
-
Der Winkelversatz zwischen der Polarisationsebene des gewünschten Satellitensignals und der Ebene, in der die zum Empfang dieses Satellitensignals vorgesehene Auskoppelsonde ausgerichtet ist, wird üblicherweise als Polarisationsfehlwinkel bezeichnet.
-
Um den Polarisationsfehlwinkel möglichst gering zu halten und idealerweise einen Polarisationsfehlwinkel von 0° zu erzielen, sind Empfangsvorrichtungen bekannt, bei denen die Auskoppelsonden zusammen mit dem Hohlleiter, in den sie hineinragen, um die Längsachse des Hohlleiters mechanisch gedreht werden können. Dies ermöglicht eine mechanische Justierung der Empfangsvorrichtung. Falls die Empfangsvorrichtung stationär betrieben wird und lediglich Signale von einem einzigen geostationären Satelliten empfangen soll, kann eine derartige Justierung bei der Installation der Empfangsvorrichtung einmalig vorgenommen werden. Im Normalfall ist anschließend eine weitere Justierung nicht mehr erforderlich.
-
Eine Schwierigkeit ergibt sich, falls mit der Empfangsvorrichtung wechselweise Signale unterschiedlicher geostationärer Satelliten empfangen werden sollen. Hierzu muss die Empfangsvorrichtung auf den jeweiligen Satelliten ausgerichtet werden, wobei auch eine Korrektur des Polarisationsfehlwinkels vorgenommen werden muss, da die geostationären Satelliten unterschiedliche Orbitalpositionen einnehmen, die unterschiedliche Polarisationsfehlwinkel zur Folge haben.
-
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei Empfangsvorrichtungen, die nicht ortsfest installiert werden sondern im Wechsel an unterschiedlichen Standorten betrieben werden. Es hat sich gezeigt, dass an unterschiedlichen Standorten sogar in Bezug auf denselben geostationären Satelliten unterschiedliche Polarisationsfehlwinkel auftreten, die jeweils korrigiert werden müssen. Wird die Empfangsvorrichtung bei jedem Standort- oder Satellitenwechsel mechanisch justiert, so führt dies aufgrund der mechanischen Belastung der Empfangsvorrichtung zu einer beträchtlichen Störungsanfälligkeit.
-
Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich bei Empfangsvorrichtungen, die auf einem Land- oder Wasserfahrzeug montiert sind und sich während des Betriebs in Bewegung befinden. Bei einer permanenten Bewegung der Empfangsvorrichtungen ist eine kontinuierliche Korrektur des Polarisationsfehlwinkels erforderlich, die sich durch eine mechanische Justierung praktisch nicht verwirklichen lässt.
-
In der
EP 1 343 219 A1 wird vorgeschlagen, während eines Zeitintervalls, in dem von einem Satelliten nur in einer Polarisationsebene ein Signal übertragen wird, eine Empfangsvorrichtung manuell oder mittels fluidgetriebener oder motorisierter Aktuatoren so lange zu drehen, bis eine Autokorrelationsmessung der beiden linear polarisierten Eingangssignale ein Minimum ergibt.
-
Anstatt die Empfangsvorrichtung mechanisch zu drehen, beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors, wird in der
US 5,568,158 eine elektronische Korrektur des Polarisationsfehlwinkels vorgeschlagen. Hierbei werden die Eingangssignale, die von zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Auskoppelsonden bereitgestellt werden, mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet. Die Eingangssignale werden verstärkt und mittels steuerbarer Dämpfungsglieder gedämpft und anschließend kombiniert, wobei zusätzlich die Phase von einem der Eingangssignale mittels eines Phasenschiebers um 180° verschoben werden kann. Die Frequenz des aus der Kombination der verarbeiteten Eingangssignale resultierenden Kombinationssignals wird anschließend mit Hilfe eines Abwärtswandlers reduziert, so dass ein Ausgangssignal mit einer Zwischenfrequenz vorliegt, das anschließend über ein Koaxialkabel einem Empfangsgerät zugeführt werden kann.
-
Durch eine elektronische Korrektur des Polarisationsfehlwinkels entfallen die Probleme, die sich aus einer mechanischen Justierung der Empfangsvorrichtung ergeben. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die aus der
US 5,568,158 bekannte elektronische Korrektur mittels steuerbarer Dämpfungsglieder in der Praxis häufig störungsempfindlich und schlecht beherrschbar ist.
-
Aus der
US 4,292,685 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei denen senkrecht zueinander polarisierte Satellitensignale einem elektronischen adaptiven Steuersystem zugeführt werden, das aus den Satellitensignalen jeweils ein Referenzsignal oder Pilotsignal filtert und mittels dieser Referenz- oder Pilotsignale ein Netzwerk steuert, welches einstellbare Phasenschieber und einstellbare Dämpfungsglieder aufweist, denen ein Additionsglied nachgeordnet ist zur Verarbeitung der Satellitensignale.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass sie eine einfache und störungsunempfindliche elektronische Korrektur des Polarisationsfehlwinkels ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
-
Unter einem elliptisch polarisierten Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenzsignal wird vorliegend ein Signal verstanden, das einer elektromagnetischen Welle entspricht, deren Auslenkung aus der Ruhelage in einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle ausgerichteten Ebene auf einer Ellipse umläuft. Die Halbachsen der Ellipse können gleich oder unterschiedlich sein, so dass die elliptische Polarisation vorliegend als Spezialfall auch eine zirkulare Polarisation umfasst, bei der die Auslenkung der elektromagnetischen Welle in einer senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausgerichteten Ebene auf einem Kreis umläuft. Der Begriff „elliptische Polarisation“ umfasst daher vorliegend auch eine zirkulare Polarisation.
-
In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass sich ein linear polarisiertes Satellitensignal vollständig aus den Empfangssignalen gewinnen lässt, die von zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Auskoppelsonden bereitgestellt werden, indem die linear polarisierten Eingangssignale der Auskoppelsonden zu einem linksdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignal und zu einem rechtsdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignal kombiniert werden und diese gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Signale auf Zwischenfrequenzsignale mit vorgebbarer Phasendifferenz umgesetzt werden und die umgesetzten elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale dann wieder zu einem linear polarisierten Ausgangsignal zusammengefasst werden. Die erforderliche Phasendifferenz der elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale lässt sich durch Optimierung des Signal-/Rauschverhältnisses des Ausgangssignals bestimmen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine störungsunanfällige elektronische Korrektur des Polarisationsfehlwinkels. In einem ersten Schritt werden die beiden linear polarisierten Eingangssignale der Auskoppelsonden in zwei zueinander gegenläufige elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignale umgewandelt. Hierzu weist die Signalverarbeitungseinrichtung ein erstes Kombinationsglied auf. Zur Erzeugung eines ersten elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals, beispielsweise des linksdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals, führt das erste Kombinationsglied eine Phasenverschiebung des ersten Eingangssignals um 90° durch und bildet anschließend eine gewichtete Summe aus dem um 90° phasenverschobenen ersten Eingangssignal und dem in seiner Phase unveränderten zweiten Eingangssignal. Zur Erzeugung des zweiten elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals, also beispielsweise des rechtsdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals, führt das erste Kombinationsglied eine Phasenverschiebung des zweiten Eingangssignals um 90° durch und bildet anschließend eine gewichtete Summe aus dem um 90° phasenverschobenen zweiten Eingangssignal und dem in seiner Phase unveränderten ersten Eingangssignal. Bei der Summenbildung kann die Gewichtung der um 90° phasenverschobenen und der in ihrer Phase unveränderten ersten und zweiten Eingangssignale derart erfolgen, dass die Signale mit gleicher Gewichtung oder auch mit unterschiedlicher Gewichtung kombiniert werden. Eine Gleichgewichtung der Signale führt zum Spezialfall einer zirkularen Polarisation des Summensignals, wohingegen eine unterschiedliche Gewichtung eine nichtzirkulare elliptische Polarisation des Summensignals zur Folge hat.
-
Anschließend werden die zueinander gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignale mit Hilfe von steuerbaren Signalumsetzanordnungen in zueinander gegenläufige elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignale mit vorgebbarer Phasendifferenz umgesetzt. Zu diesem Zweck kann mindestens eine Signalumsetzanordnung zusätzlich zur Frequenzumsetzung auch eine vorgebbare Phasenverschiebung vornehmen, so dass die Zwischenfrequenzsignale relativ zueinander eine vorgebbare Phasendifferenz aufweisen.
-
Bevorzugt führen beide Signalumsetzanordnungen zusätzlich zur Frequenzumsetzung auch eine Phasenverschiebung durch. Beispielsweise kann einer ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung das linksdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal zugeführt werden, das von der ersten Signalumsetzanordnung in ein linksdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Zwischenfrequenzsignal mit veränderter Phase umgesetzt wird, und einer zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung kann das rechtsdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal zugeführt werden, das von der zweiten Signalumsetzanordnung in ein rechtsdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Zwischenfrequenzsignal mit veränderter Phase umgesetzt wird.
-
In einem weiteren Schritt werden die zueinander gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale mit Hilfe eines zweiten Kombinationsglieds zu einem linear polarisierten Ausgangssignal kombiniert.
-
Es hat sich nun gezeigt, dass durch eine Veränderung der von der mindestens einen steuerbaren Signalumsetzanordnung vorgenommenen Phasenverschiebung das Signal-/Rauschverhältnis des linear polarisierten Ausgangssignals optimiert werden kann, wobei das Ausgangssignal dem in einer ersten Polarisationsebene übertragenen Satellitensignal entspricht, beispielsweise dem in der horizontalen Polarisationsebene übertragenen Satellitensignal. Das Ausgangssignal weist praktisch keine Anteile des Satellitensignals auf, das in der zur ersten Polarisationsebene orthogonalen zweiten Polarisationsebene, beispielsweise der vertikalen Polarisationsebene übertragen wird. Die Anteile des an sich störenden zweiten Satellitensignals werden durch die Überlagerung der gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischensignale ausgelöscht, wobei die Auslöschung daran erkannt werden kann, dass das Ausgangssignal ein optimales Signal-/Rauschverhältnis aufweist.
-
Bei elektromotorisch drehbaren Empfangsvorrichtungen kann eine Korrektur des Polarisationsfehlwinkels dadurch erfolgen, dass das Signal-/Rauschverhältnis des von der Empfangsvorrichtung bereitgestellten Ausgangssignals durch mechanische Drehung der Vorrichtung optimiert wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine mechanische Drehung nicht erforderlich, vielmehr kann das Signal-/Rauschverhältnis des Ausgangssignals durch Änderung der Phasendifferenz der gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale optimiert werden.
-
Wie bereits erwähnt, ist das erste Kombinationsglied derart eingerichtet, dass aus den beiden linear polarisierten Eingangssignalen ein linksdrehendes elliptisch polarisiertes Hochfrequenzsignal und ein rechtsdrehendes elliptisch polarisiertes Hochfrequenzsignal erzeugbar sind. Besonders günstig ist es, wenn das erste Kombinationsglied aus den beiden linear polarisierten Eingangssignalen ein linksdrehendes zirkular polarisiertes Hochfrequenzsignal und ein rechtsdrehendes zirkular polarisiertes Hochfrequenzsignal erzeugt. Wie bereits erwähnt, kann dies dadurch erzielt werden, dass bei der Summenbildung der um 90° phasenverschobenen und der in ihrer Phase unveränderten ersten und zweiten Eingangssignale eine Gleichgewichtung vorgenommen wird.
-
Zur Steuerung der Signalumsetzanordnungen weist die Signalverarbeitungseinrichtung günstigerweise eine Steuereinheit auf.
-
Bevorzugt erlaubt es der Einsatz der Steuereinheit zumindest einer Signalumsetzanordnung ein spezielles Phasensteuersignal bereitzustellen.
-
Von Vorteil ist es, wenn beide Signalumsetzvorrichtungen jeweils eine Phasenverschiebung durchführen, wobei der ersten Signalumsetzanordnung ein erstes Phasensteuersignal bereitgestellt werden kann, das einem ersten Phasenverschiebungswinkel entspricht, und wobei der zweiten Signalumsetzanordnung ein zweites Phasensteuersignal bereitgestellt werden kann, das einem zweiten Phasenverschiebungswinkel entspricht.
-
Die Phasenverschiebungswinkel sind nicht zwingend identisch. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich die beiden Phasenverschiebungswinkel lediglich in ihrem Vorzeichen nicht aber in ihrem Betrag unterscheiden, so dass das linksdrehende zirkular polarisierte Signal in seiner Phase beispielsweise um einen Phasenwinkel +Φ und das rechtsdrehende zirkular polarisierte Signal um den Phasenwinkel -Φ verschoben wird, wobei Φ einen Wert zwischen 0° und 90° annehmen kann .
-
Als Steuereinheit kommt vorzugsweise ein Mikroprozessor zum Einsatz.
-
Die steuerbaren Signalumsetzanordnungen sind vorzugsweise als Abwärtswandler ausgestaltet, wobei mindestens eine Signalumsetzanordnung eine Phasenregelschleife (phase-locked loop) aufweist, die mit einem Phasensteuersignal beaufschlagt ist. Abwärtswandler mit einer Phasenregelschleife, die auch als phase-locked loop bezeichnet wird, sind dem Fachmann an sich bekannt. Es handelt sich um Standardschaltkreise, die zu unterschiedlichsten Einsatzzwecken in großer Stückzahl kostengünstig hergestellt werden. Mit Hilfe eines Phasensteuersignales kann das vom Abwärtswandler umgesetzte Signal in seiner Phase verschoben werden.
-
Bevorzugt weisen beide steuerbaren Signalumsetzanordnungen eine Phasenregelschleife (phase-locked loop) auf, die mit einem Phasensteuersignal beaufschlagt ist.
-
Günstig ist es, wenn die Signalumsetzanordnungen jeweils eine einzige integrierte Schaltung ausbilden. Die integrierte Schaltung kann einen kompakten elektrischen Baustein ausbilden, der in großer Stückzahl kostengünstig herstellbar ist.
-
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Phasenregelschleife der mindestens einen Signalumsetzanordnung mit einer Oszillatorschaltung verbunden ist, die der Phasenregelschleife ein Oszillatorsignal bereitstellt, und dass die Phasenregelschleife ein Schleifenfilter aufweist, das mit einem Phasensteuerstrom beaufschlagt ist. Phasenregelschleifen mit einem Schleifenfilter sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher vorliegend keiner näheren Erläuterung. Der Phasensteuerstrom stellt ein Phasensteuersignal dar, mit dessen Hilfe eine Phasenverschiebung erzielt werden kann. Die Beaufschlagung mit einem Phasensteuerstrom, das heißt das Injizieren eines Phasensteuerstroms in das Schleifenfilter, führt zu einer Phasenverschiebung des Oszillatorsignals und dies wiederum hat eine Phasenverschiebung des vom Abwärtswandler bereitgestellten Zwischenfrequenzsignals zur Folge.
-
Günstig ist es, wenn der Phasenregelschleife ein steuerbares Strombereitstellungsglied zugeordnet ist, das dem Schleifenfilter der Phasenregelschleife einen Phasensteuerstrom bereitstellt.
-
Bevorzugt ist das Strombereitstellungsglied von einer Steuereinheit der Signalverarbeitungseinrichtung steuerbar.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Strombereitstellungsglied als Stromimpulsgeber oder Digital/Analog-Wandler ausgestaltet ist, die von der Steuereinheit mit einem Steuersignal beaufschlagt werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die steuerbaren Signalumsetzanordnungen jeweils eine Phasenregelschleife (phase-locked loop) auf, wobei die Phasenregelschleifen mit einer steuerbaren DDS-Synthese-Schaltung (Direct Digital Synthesis-Schaltung) verbunden sind, die den Phasenregelschleifen jeweils ein Referenztaktsignal bereitstellt, wobei die Frequenzen der Referenztaktsignale identisch sind und die Phasen der Referenztaktsignale einen vorgebbaren Phasenunterschied (Phasenoffset) aufweisen. Steuerbare DDS-Synthese-Schaltungen sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher vorliegend keiner näheren Erläuterung. Mittels einer steuerbaren DDS-Synthese-Schaltung können zwei Phasensteuersignale in Form von zwei Referenztaktsignalen mit identischer Frequenz und vorgebbarem Phasenoffset erzeugt werden. Eines der beiden Referenztaktsignale kann der Phasenregelschleife eines ersten Abwärtswandlers zugeführt werden, und das andere Referenztaktsignal kann der Phasenregelschleife eines zweiten Abwärtswandlers zugeführt werden. Dies hat zur Folge, dass die Abwärtswandler Zwischenfrequenzsignale bereitstellen, die sich in ihrer Phase in vorgebbarer Weise unterscheiden.
-
Bevorzugt ist die DDS-Synthese-Schaltung von einer Steuereinheit der Signalverarbeitungseinrichtung steuerbar.
-
Die Abwärtswandler weisen bevorzugt jeweils ein Mischglied auf, wobei die Mischglieder die Frequenz der elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignale in eine Zwischenfrequenz umsetzen.
-
Die Zwischenfrequenz beträgt bevorzugt 0,95 GHz bis 2,15 GHz.
-
Von Vorteil ist es, wenn die Signalverarbeitungseinrichtung für jedes linear polarisierte Eingangssignal einen Verstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad aufweist. Dies erlaubt es, die von den Auskoppelsonden bereitgestellten linear polarisierten Eingangssignale unabhängig voneinander in vorgebbarer Weise zu verstärken. Zu Testzwecken können die Verstärker im Wechsel ausgeschaltet werden.
-
Günstig ist es, wenn die Signalverarbeitungseinrichtung ein Verstärkersteuerglied aufweist zur Steuerung der Verstärker.
-
Bevorzugt stellt eine Steuereinheit dem Verstärkersteuerglied ein Steuersignal bereit.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Signalverarbeitungseinrichtung für jedes elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignal einen steuerbaren Pegelsteller auf. Der Pegelsteller kann beispielsweise als steuerbares Dämpfungsglied oder auch als steuerbares Verstärkungsglied ausgestaltet sein. Mittels der Pegelsteller können unerwünschte Pegelunterschiede der beiden Zwischenfrequenzsignale beseitigt werden. Insbesondere kann mittels der steuerbaren Pegelsteller sichergestellt werden, dass die Pegel der dem zweiten Kombinationsglied bereitgestellten Zwischenfrequenzsignale gleich groß sind, so dass an den Eingängen des zweiten Kombinationsglieds identische Eingangspegel anliegen. Dies wiederum führt zu einer optimalen Amplitude des Ausgangssignals, wobei unerwünschte Signalanteile unterdrückt werden.
-
Günstigerweise stellt eine Steuereinheit den Pegelstellern ein Steuersignal bereit.
-
Wie erwähnt, ist es von Vorteil, wenn die Pegel der elliptisch, insbesondere zirkulär polarisierten Zwischenfrequenzsignale auf identische Werte eingestellt werden, da dadurch ein Ausgangssignal mit hoher Amplitude und geringen Anteilen unerwünschter Signale erzielt werden kann.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem zweiten Kombinationsglied ein Filterglied nachgeordnet. Mit Hilfe des Filterglieds können unerwünschte Spektralanteile des Ausgangssignals entfernt werden.
-
Das Filterglied ist bevorzugt als Tiefpass oder Bandpass ausgebildet.
-
Um einzelnen Komponenten der Signalverarbeitungseinrichtung Steuersignale bereitstellen zu können, die von der Leistung des Ausgangssignals abhängig sind, ist es von Vorteil, wenn die Signalverarbeitungseinrichtung einen Leistungsdetektor aufweist, der vom zweiten Kombinationsglied mit einem zu messenden Signal beaufschlagbar ist, das dem Ausgangssignal der Vorrichtung entspricht, und der einer Steuereinheit der Signalverarbeitungseinrichtung einen der gemessenen Leistung entsprechenden Messwert bereitstellt. Mit Hilfe des Leistungsdetektors können beispielsweise die voranstehend erwähnten Pegelsteller derart gesteuert werden, dass die Amplituden der an den Eingängen des Kombinationsgliedes anliegenden Zwischenfrequenzsignale gleich groß sind.
-
Die nachfolgende Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
- 1: ein Blockschaltbild einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Empfangen von linear polarisierten Satellitensignalen;
- 2: ein Blockschaltbild einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Empfangen von linear polarisierten Satellitensignalen.
-
In 1 ist eine erste vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Empfangen von linear polarisierten Satellitensignalen schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt. Sie weist einen Hohlleiter 12 auf sowie eine Signalverarbeitungseinrichtung 13. In den Hohlleiter 12 ragen eine erste Auskoppelsonde 14 und eine zweite Auskoppelsonde 16 hinein. Die beiden Auskoppelsonden 14, 16 sind im Winkel zueinander, vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet.
-
Die erste Auskoppelsonde 14 stellt einem ersten steuerbaren Verstärker 18 ein erstes linear polarisiertes Eingangssignal bereit, das vom ersten steuerbaren Verstärker 18 verstärkt und einem ersten Eingang 20 eines ersten Kombinationsglieds 22 zugeführt wird. Die zweite Auskoppelsonde 16 stellt einem zweiten steuerbaren Verstärker 24 ein zweites linear polarisiertes Eingangssignal bereit, das vom zweiten steuerbaren Verstärker 24 verstärkt und einem zweiten Eingang 26 des ersten Kombinationsglieds 22 zugeführt wird.
-
Das erste Kombinationsglied 22 erzeugt aus den beiden linear polarisierten Eingangssignalen ein linksdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Hochfrequenzsignal, das über einen ersten Bandpass 28 einem Signaleingang 30 einer ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 zugeführt wird. Außerdem erzeugt das erste Kombinationsglied 22 ein rechtsdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Hochfrequenzsignal, das über einen zweiten Bandpass 34 einem Signaleingang 36 einer zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 zugeführt wird.
-
Zur Erzeugung des linksdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals führt das erste Kombinationsglied 22 eine Phasenverschiebung des am ersten Eingang 20 anliegenden ersten linear polarisierten Eingangssignals um 90° durch und bildet anschließend eine gewichtete Summe aus dem phasenverschobenen ersten linear polarisierten Eingangssignal und dem am zweiten Eingang 26 anliegenden, in seiner Phase unveränderten zweiten linear polarisierten Eingangssignal. Die Summe der beiden Signale bildet das linksdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal aus.
-
Zur Erzeugung des rechtsdrehenden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignals führt das erste Kombinationsglied 22 eine Phasenverschiebung des am zweiten Eingang 26 anliegenden zweiten linear polarisierten Eingangssignals durch und bildet anschließend eine gewichtete Summe aus dem phasenverschobenen zweiten linear polarisierten Eingangssignal und dem am ersten Eingang 20 anliegenden, in seiner Phase unveränderten ersten linear polarisierten Eingangssignal. Die Summe der beiden Signale bildet das rechtsdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal aus.
-
Bei der Summenbildung kann die Gewichtung der um 90° phasenverschobenen und der in ihrer Phase unveränderten ersten und zweiten Eingangssignale derart erfolgen, dass die Signale mit gleicher Gewichtung oder auch mit unterschiedlicher Gewichtung summiert werden. Eine Gleichgewichtung der Signale führt zum Spezialfall einer zirkularen Polarisation des Hochfrequenzsignals, und eine unterschiedliche Gewichtung führt zu einem nicht-zirkular elliptisch polarisierten Hochfrequenzsignal.
-
Das erste Kombinationsglied 22 kann beispielsweise als Richtkoppler oder als 3-dB-Hybridkoppler ausgestaltet sein.
-
Die erste steuerbare Signalumsetzanordnung 32 ist als integrierte Schaltung ausgebildet mit einem ersten Abwärtswandler 33, der ein erstes Mischglied 35 und eine erste Phasenregelschleife 37 (phase-locked loop) mit einem ersten Schleifenfilter 47 aufweist. Mit Hilfe der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 wird das linksdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal in ein linksdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Zwischensignal umgesetzt, wobei gleichzeitig eine vorgegebene erste Phasenverschiebung vorgenommen wird entsprechend einem ersten Phasensteuerstrom, der an einem Steuereingang 39 der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 anliegt. Der erste Phasensteuerstrom bildet ein erstes Phasensteuersignal aus, das dem ersten Schleifenfilter 47 der ersten Phasenregelschleife 37 bereitgestellt wird.
-
Die zweite steuerbare Signalumsetzanordnung 32 ist als integrierte Schaltung ausgebildet mit einem zweiten Abwärtswandler 40, der ein zweites Mischglied 41 und eine zweite Phasenregelschleife 43(phase-locked loop) mit einem zweiten Schleifenfilter 53 aufweist. Mit Hilfe der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 wird das rechtsdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Hochfrequenzsignal in ein rechtsdrehendes elliptisch, insbesondere zirkular polarisiertes Zwischensignal umgesetzt, wobei gleichzeitig eine vorgegebene zweite Phasenverschiebung vorgenommen wird entsprechend einem zweiten Phasensteuerstrom, der an einem Steuereingang 45 der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 anliegt. Der zweite Phasensteuerstrom bildet ein zweites Phasensteuersignal aus, das dem zweiten Schleifenfilter 53 der zweiten Phasenregelschleife 43 bereitgestellt wird.
-
Die Zwischenfrequenz der elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale beträgt 0,95 Ghz bis 2,15 GHz.
-
Zur Erzielung der ersten Phasenverschiebung wird der am Steuereingang 39 der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 bereitgestellte erste Phasensteuerstrom in das erste Schleifenfilter 47 der Phasenregelschleife 37 der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 eingekoppelt. Der Phasenregelschleife 37 wird von einer Oszillatorschaltung 46 ein Oszillatorsignal bereitgestellt. Durch Einkoppeln des ersten Phasensteuerstroms kommt es zu einer Phasenverschiebung des Oszillatorsignals und dies wiederum hat zur Folge, dass das von der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 bereitgestellte linksdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignal eine erste Phasenverschiebung aufweist.
-
Zur Erzielung der zweiten Phasenverschiebung wird der am Steuereingang 45 der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 bereitgestellte zweite Phasensteuerstrom in das zweite Schleifenfilter 53 der Phasenregelschleife 43 der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 eingekoppelt. Der Phasenregelschleife 43 wird von der Oszillatorschaltung 46 ein Oszillatorsignal bereitgestellt, das mit dem Oszillatorsignal identisch ist, welches der ersten Phasenregelschleife 37 bereitgestellt wird. Durch Einkoppeln des zweiten Phasensteuerstroms kommt es zu einer Phasenverschiebung des Oszillatorsignals und dies wiederum hat zur Folge, dass das von der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 bereitgestellte rechtsdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignal eine zweite Phasenverschiebung aufweist.
-
Die Phasenverschiebung, die von der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 vorgenommen wird, ist entgegengesetzt gleich der Phasenverschiebung, die von der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 vorgenommen wird. Die erste steuerbare Signalumsetzanordnung 32 bewirkt eine Phasenverschiebung um einen Phasenverschiebungswinkel +Φ und die zweite steuerbare Signalumsetzanordnung 38 bewirkt eine Phasenverschiebung um einen Phasenverschiebungswinkel -Φ.
-
Die Steuerung der Signalumsetzanordnungen 32 und 38 erfolgt mit Hilfe einer Steuereinheit 50, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Mikroprozessor 52 ausgestaltet ist.
-
Der Mikroprozessor 52 beaufschlagt ein erstes Strombereitstellungsglied 54 mit einem ersten Steuersignal, das einem vom Mikroprozessor vorgegebenen ersten Phasenverschiebungswinkel entspricht und das das erste Strombereitstellungsglied 54 dazu veranlasst, in das erste Schleifenfilter 47 der Phasenregelschleife 37 der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 den ersten Phasensteuerstrom einzukoppeln, wobei die Kopplung über eine erste Phasensteuerleitung 56 und den Steuereingang 39 der ersten steuerbaren Signalumsetzanordnung 32 erfolgt.
-
In entsprechender Weise beaufschlagt der Mikroprozessor 52 ein zweites Strombereitstellungsglied 58 mit einem zweiten Steuersignal, das einem vom Mikroprozessor vorgegebenen zweiten Phasenverschiebungswinkel entspricht und das das zweite Strombereitstellungsglied 58 dazu veranlasst, in das zweite Schleifenfilter 53 der Phasenregelschleife 43 der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 einen zweiten Phasensteuerstrom einzukoppeln, wobei die Kopplung über eine zweite Phasensteuerleitung 60 und den Steuereingang 45 der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 erfolgt.
-
Wie bereits erwähnt, ist der zweite Phasenverschiebungswinkel nicht identisch mit dem ersten Phasenverschiebungswinkel. Bevorzugt ist der zweite Phasenverschiebungswinkel entgegengesetzt gleich dem ersten Phasenverschiebungswinkel.
-
Das von der ersten Signalumsetzanordnung 32 bereitgestellte linksdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignal wird über einen ersten steuerbaren Pegelsteller 62 einem ersten Eingang 64 eines zweiten Kombinationsglieds 66 zugeführt. Das von der zweiten steuerbaren Signalumsetzanordnung 38 bereitgestellte rechtsdrehende elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignal wird über einen zweiten steuerbaren Pegelsteller 68 einem zweiten Eingang 70 des zweiten Kombinationsglieds 66 zugeführt. Mit Hilfe der Pegelsteller 62 und 68 werden die Pegel der an den Eingängen 64 und 70 anliegenden Zwischenfrequenzsignale auf denselben Wert eingestellt. Das zweite Kombinationsglied 66 kombiniert die Zwischenfrequenzsignale, indem die Zwischenfrequenzsignale addiert werden. Da die Zwischenfrequenzsignale einander gegenläufig elliptisch, insbesondere zirkular polarisiert sind, und da die Amplituden der an den Eingängen 64 und 70 anliegenden Zwischenfrequenzsignale gleich groß sind, führt die Kombination der Zwischenfrequenzsignale dazu, dass an einem ersten Ausgang 72 des zweiten Kombinationsglieds 66 ein linear polarisiertes Ausgangssignal anliegt.
-
Das zweite Kombinationsglied 66 kann beispielsweise als Richtkoppler oder als 3-dB-Hybridkoppler ausgestaltet sein.
-
Durch eine Veränderung des Phasenverschiebungswinkels Φ kann das Signal/Rauschverhältnis des Ausgangssignals maximiert werden. Das durch geeignete Wahl des Phasenverschiebungswinkels Φ optimierte Ausgangssignal entspricht einem linear polarisierten Satellitensignal, das in einer Polarisationsebene übertragen und von den beiden Auskoppelsonden 14 und 16 anteilig empfangen wird. Das vom zweiten Kombinationsglied 66 bereitgestellte Ausgangssignal weist praktisch keine Signalanteile von einem zweiten linear polarisierten Satellitensignal auf, das in einer senkrecht zur ersten Polarisationsebene ausgerichteten zweiten Polarisationsebene übertragen wird.
-
Soll ein Ausgangssignal bereitgestellt werden, das dem zweiten linear polarisierten Satellitensignal entspricht, so ist es lediglich erforderlich, den Phasenwinkel Φ um 90° zu erhöhen.
-
Die zur Optimierung des Ausgangssignals erfolgende Veränderung des Phasenverschiebungswinkels Φ erfolgt mittels des Mikroprozessors 52, der hierzu programmiert werden kann. Beispielsweise kann dem Mikroprozessor 52 ein Startwert des Phasenverschiebungswinkels vorgegeben werden, der dann stufenweise oder auch kontinuierlich verändert wird, bis das Ausgangssignal ein maximales Signal-/Rauschverhältnis aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Mikroprozessor einen Startwert des Phasenverschiebungswinkels berechnet, wobei in die Berechnung insbesondere der aktuelle Standort der Vorrichtung 10, also deren GPS-Daten, sowie die Orbitalposition des gewünschten geostationären Satelliten einfließen können.
-
An den ersten Ausgang 72 des zweiten Kombinationsglieds 66 schließt sich ein Filterglied 74 an, das im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bandpass 76 ausgestaltet ist. Vom Bandpass 76 kann das gefilterte Ausgangssignal über ein übliches Koaxialkabel 80 an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Empfänger übertragen werden, beispielsweise an einen TV-Empfänger.
-
Von dem in der Zeichnung nicht dargestellten Empfänger können über das Koaxialkabel 80 Steuersignale an einen ersten Steuersignaleingang 82 des Mikroprozessors 52 übertragen werden, wobei die Steuersignale mit Hilfe eines Auskoppelgliedes 84 aus dem Koaxialkabel 80 ausgekoppelt werden können. Dem Auskoppelglied 84 kann ein Filter 86 nachgeordnet sein, so dass dem ersten Steuersignaleingang 82 beispielsweise ein Steuersignal mit einer Frequenz von 22 kHz bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann ein über das Koaxialkabel 80 an den Mikropozessor 52 übertragenes Steuersignal ein Maß für das Signal-/Rauschverhältnis des Ausgangssignals darstellen.
-
Das zweite Kombinationsglied 66 weist einen zweiten Ausgang 88 auf, an den ein Leistungsdetektor 90 angeschlossen ist. Der Leistungsdetektor 90 steht mit einem zweiten Steuersignaleingang 94 des Mikroprozessors 52 in elektrischer Verbindung. Dem Leistungsdetektor 90 wird vom zweiten Kombinationsglied 66 ein zu messendes Signal bereitgestellt, das dem am ersten Ausgang 72 anliegenden Ausgangssignal entspricht. Der Leistungsdetektor stellt dem Mikroprozessor 52 einen der gemessenen Leistung entsprechenden Messwert bereit. Auf Grundlage dieses Messwerts können vom Mikroprozessor 52 die beiden Pegelsteller 62 und 68 gesteuert werden, mit deren Hilfe die Pegel der elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale so verändert werden können, dass an den Eingängen 64 und 70 des zweiten Kombinationsglieds 66 identische Pegel anliegen.
-
Mit Hilfe des Mikroprozessors 52 kann unter Berücksichtigung des vom Leistungsdetektor 90 bereitgestellten Messwertes auch einem Verstärkersteuerglied 96 ein Steuersignal bereitgestellt werden, das das Verstärkersteuerglied 96 veranlasst, den steuerbaren Verstärkern 18 und 24 entsprechende Steuersignale bereitzustellen, die jeweils einem bestimmten Verstärkungsgrad entsprechen. Dies ermöglicht es, die Pegel der linear polarisierten Eingangssignale zu verändern. Außerdem können durch wechselseitiges Abschalten der Verstärker 18, 24 Funktionstests durchgeführt werden und es können unerwünschte Phasenfehler erkannt werden.
-
Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Empfangen von linear polarisierten Satellitensignalen ist in 2 schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 belegt.
-
Die Vorrichtung 100 ist weitgehend identisch ausgestaltet wie die voranstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Vorrichtung 10. Für identische Bauteile werden daher in 2 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in 1 und bezüglich dieser Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden Erläuterungen Bezug genommen.
-
Die Vorrichtung 100 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 dadurch, dass die Phasenregelschleifen 37 und 43 der Abwärtswandler 33 und 40 mit einer steuerbaren DDS-Synthese-Schaltung 102 verbunden sind, die den beiden Phasenregelschleifen 37, 43 jeweils ein Phasensteuersignal in Form eines Referenztaktsignals bereit. Die Referenztaktsignale sind in ihrer Frequenz identisch, sie weisen allerdings in ihren Phasen einen vorgebaren Phasenunterschied (Phasenoffset) auf. Gesteuert wird die DDS-Synthese-Schaltung 102 von der Steuereinheit 50, die der DDS-Synthese-Schaltung 102 den Phasenunterschied vorgibt. Das Einkoppeln eines Phasensteuerstroms in die Phasenregelschleifen 37, 43 entfällt bei der Vorrichtung 100. Vielmehr wird durch die Bereitstellung der in ihrer Frequenz identischen, in ihrer Phase aber einen vorgebbaren Phasenunterschied aufweisenden Referenztaktsignale erreicht, dass die Abwärtswandler 33 und 40 gegenläufige elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignale bereitstellen, die sich in ihrer Phase entsprechend dem vorgebbaren Phasenunterschied der Referenztaktsignale unterscheiden.
-
Auch bei der Vorrichtung 100 werden die gegenläufig elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale, nachdem sie die steuerbaren Pegelsteller 62 beziehungsweise 68 durchlaufen haben, miteinander kombiniert, so dass das am Ausgang 72 des zweiten Kombinationsglieds 66 ein linear polarisiertes Ausgangssignal anliegt. Durch eine Veränderung des Phasenverschiebungswinkels der beiden elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale kann das Signal-/Rauschverhältnis des Ausgangssignals optimiert werden. Die Veränderung des Phasenverschiebungswinkels erfolgt mittels der von der Steuereinheit 50 gesteuerten DDS-Synthese-Schaltung 102, die den Phasenregelschleifen 37 und 43 Phasensteuersignale in Form von Referenztaktsignalen bereitstellt, die einen von der Steuereinheit 50 vorgegebenen Phasenunterschied aufweisen.
-
Die Vorrichtungen 10 und 100 ermöglichen es, ein linear polarisiertes Satellitensignal in einer beliebigen Polarisationsebene in optimaler Weise zu empfangen, ohne dass hierzu eine mechanische Justierung der Vorrichtungen 10 und 100 erforderlich ist. Das Satellitensignal wird in den Hohlleiter 12 eingekoppelt und jeweils zu einem bestimmten Anteil von den beiden Auskoppelsonden 14, 16 empfangen, die im Winkel zueinander, vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Die Signalanteile entsprechen der Ausrichtung der Auskoppelsonden 14, 16 relativ zur Polarisationsebene des Satellitensignals. Die von den beiden Auskoppelsonden 14, 16 bereitgestellten Eingangssignale, die jeweils linear polarisiert sind, werden zu gegenläufigen elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Hochfrequenzsignalen umgewandelt, die in gegenläufige elliptisch, insbesondere zirkular polarisierte Zwischenfrequenzsignale umgesetzt werden, wobei gleichzeitig durch die Bereitstellung von Phasensteuersignalen eine Phasenverschiebung um vorgebbare Phasenverschiebungswinkel vorgenommen wird. Die elliptisch, insbesondere zirkular polarisierten Zwischenfrequenzsignale werden abschließend zu einem linear polarisierten Ausgangssignal kombiniert. Das Signal-/Rauschverhältnis des Ausgangssignals kann durch Veränderung des Phasenverschiebungswinkels maximiert werden. Wie bereits erwähnt, kann dem Mikroprozessor 52 ein erster Phasenverschiebungswinkel vorgegeben werden oder es kann vom Mikroprozessor 52 ein erster Phasenverschiebungswinkel berechnet werden, wobei in die Berechnung die Ortskoordinaten (GPS-Koordinaten) der Vorrichtungen 10 und 100 sowie die Orbitalposition des gewünschten geostationären Satelliten einfließen können. Anschließend kann der Phasenverschiebungswinkel vom Mikroprozessor 52 stufenweise oder auch kontinuierlich verändert werden bis ein optimales Signal-/Rauschverhältnis des Ausgangssignals erreicht ist. Das Ausgangssignal weist dann eine maximale Amplitude auf und weist praktisch nur Signalanteile des gewünschten linear polarisierten Satellitensignals auf, aber praktisch keine Signalanteile eines ungewünschten Satellitensignals. Mittels der Vorrichtungen 10 und 100 kann somit auf elektronische Weise eine Korrektur des Polarisationsfehlwinkels erreicht werden.
