DE4126632A1 - Directional reflector aerial for reception of communications satellite - has specified prediction angle for reduction of declination adjustment - Google Patents

Directional reflector aerial for reception of communications satellite - has specified prediction angle for reduction of declination adjustment

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DE4126632A1 DE19914126632 DE4126632A DE4126632A1 DE 4126632 A1 DE4126632 A1 DE 4126632A1 DE 19914126632 DE19914126632 DE 19914126632 DE 4126632 A DE4126632 A DE 4126632A DE 4126632 A1 DE4126632 A1 DE 4126632A1
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Abstract

The aerial is aligned onto a geostationary communication satellite, moving in an equatorial orbit. It is swivellably adjusted about a declination, east-west axis, and an intersecting hour axis (6), parallel to the earth's axis. Its main radiation direction is inclined by 90 deg. and delta, i.e. lead angle, dependent on geographic width of the aerial location. The leading angle is given by a specified equation. Pref. a specified factor value is used to reduce the declination adjustment during the swivel about the hour axis to a minimum. A different factor value is used for reduction of the polarisation adjustment during the swivel about the hour axis. USE/ADVANTAGE - Esp. for up to 6 m dia. ground station antenna. No need for declination and polarisation adjustment for focussed beams.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, insbesondere Reflektorantenne, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a directional antenna, in particular Reflector antenna, according to the preamble of claim 1.

Bei Antennen mit Stunden-Deklinationswinkellagerung kann die Stundenachse parallel zur Erdachse eingestellt werden. Ist die Antenne so an dem um die Stundenachse drehbaren Teil des Gestells befestigt, daß die Hauptstrahlrichtung der Antenne senkrecht auf der Stundenachse steht, dann braucht, bei Ausrichtung der Antenne auf einen beispielsweise in der Erd- Äquatorebene stehenden Stern, nur um die Stundenachse gedreht zu werden, um auf einen anderen, in der gleichen Ebene liegenden Stern zu gelangen. Eine zusätzliche Schwenkung um die Deklinationsachse ist dann nicht erforderlich.For antennas with an hourly declination angle bearing, the Hour axis can be set parallel to the earth axis. Is the Antenna on the part of the Mounted that the main beam direction of the antenna stands vertically on the hour axis, then needs at Alignment of the antenna to one in the earth Equatorial star, rotated only around the hour axis to become to another, in the same level lying star. An additional swivel around Declination axis is then not required.

Bei Ausrichtung der Antenne auf geostationäre Satelliten mit ihrer nicht mehr "unendlichen" Entfernung zur Erde kann die Stundenachse, bei der vorstehend angenommenen Antennenauf­ hängung, nicht mehr parallel zur Erdachse eingestellt werden. Wird die Antennenkeule dann von einem im Süden stehenden Satelliten (dieser Fall betrifft Antennenstandorte auf der nördlichen Erdhalbkugel; bei Standorten auf der südlichen Hemisphäre muß die Süd- durch die Nordrichtung ersetzt werden) durch Drehen um die Stundenachse weggeschwenkt, so entsteht zwischen der Orbitebene und der Strahlungskeule ein mit dem Schwenkwinkel zunehmender Winkelfehler Δ α. Dieser beträgt bei einer typischen Maximaldrehung von 75° um die Stunden­ achse -21,65° für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland. Hier tauchte die Frage auf, ob und inwieweit durch Änderung der Antennenaufhängung dieser Fehler verringert werden kann, da er oft zu langwierigen Suchvorgängen und unerwünschten Betriebsunterbrechungen führt. Gleichzeitig erhebt sich die Frage, ob durch die endliche Satellitenentfernung bedingte Polarisationsfehler beim Drehen um die Stundenachse durch diese Maßnahme vielleicht auch reduziert werden, so daß eine bei Doppelpolarisationsbetrieb sonst nötige Polarisations­ nachstellung evtl. ganz entfallen könnte.When aligning the antenna with geostationary satellites its no longer "infinite" distance to the Earth Hour axis, with the antenna assumed above suspension, can no longer be set parallel to the earth's axis. If the antenna beam is then from a standing in the south Satellite (this case affects antenna locations on the northern hemisphere; at locations on the southern The southern hemisphere must be replaced by the north) swiveled away by turning around the hour axis between the orbit plane and the lobe one with the Swivel angle increasing angle errors Δ α. This is with a typical maximum rotation of 75 ° around the hours axis -21.65 ° for the territory of the Federal Republic of Germany. Here the question arose whether and to what extent through change the antenna suspension can reduce these errors, since it often leads to lengthy searches and unwanted  Business interruptions. At the same time the rises Question whether due to the finite satellite removal Polarization error when rotating around the hour axis this measure may also be reduced so that a with double polarization operation otherwise necessary polarization adjustment could possibly be omitted entirely.

Steht ein Satellit im Süden auf einer geostationären Bahn, so kann man, um die endliche Satellitenentfernung zu berück­ sichtigen, statt die Stundenachse dem Satelliten entgegen­ zuneigen, diese auch parallel zur Erdachse ausgerichtet lassen und dafür die Antenne in der durch die Stundenachse gehenden Vertikalebene um einen bestimmten, von der geographischen Breite abhängigen Vorhaltewinkel δ nach unten kippen. Zur Bestimmung dieses Vorhaltewinkels dient dabei folgende Gleichung:If there is a satellite in the south on a geostationary orbit, so can be used to cover the finite satellite range view instead of the hour axis towards the satellite incline, keep them aligned parallel to the earth's axis and instead the antenna in the one passing through the hour axis Vertical plane around a certain, from the geographical Tilt the width-dependent lead angle δ downwards. For The determination of this lead angle serves the following Equation:

Für die Bundesrepublik ergibt sich dabei als mittlerer Wert δo = 7,4°. Benutzt man diesen Wert als feste Einstellung für das Gebiet, so geht der oben erläuterte Ausrichtfehler von -21,65° auf 3,26° zurück. Diese Methode ist bekannt und wird in der europäischen Patentschrift 02 27 930 beschrieben. Damit läßt sich aber nicht vermeiden, daß unter Umständen bei scharf bündelnden Antennen bei der Schwenkung um die Stunden­ achse immer noch eine Deklinationsnachstellung und unabhängig von der Bündelung eine Polarisationsnachstellung erforderlich werden.For the Federal Republic, the average value is δ o = 7.4 °. If you use this value as a fixed setting for the area, the alignment error explained above decreases from -21.65 ° to 3.26 °. This method is known and is described in European Patent 02 27 930. However, this cannot avoid the fact that a declination adjustment and, independently of the bundling, a polarization adjustment may still be necessary when the antennas are pivoted about the hour axis.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gestaltete Antenne so auszubilden, daß bei scharfer Bündelung nach einem Schwenkvorgang um die Stunden­ achse so gut wie keine Deklinationsnachstellung und unabhängig von der Bündelung keine Polarisationsnachstellung erforderlich wird. The object of the invention is one according to the preamble of Claim 1 designed antenna so that at sharp bundling after swiveling for hours Almost no declination adjustment and independent no polarization adjustment required from the bundling becomes.  

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Richtantenne durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal gelöst. Wird mit einfachen mechanischen Mitteln dafür gesorgt, daß der Vorhaltewinkel δ für jede geographische Breite ϕ entsprechend der durch die Erfindung gegebenen Regel angepaßt werden kann, so ergeben sich erhebliche Verbesserungen bezüglich des Deklinations- und Polarisationsfehlers. Normalerweise ist - ausreichende Anten­ nenjustierung und Satellitenpositionsgenauigkeit vorausgesetzt - weder eine Deklinations- noch eine Polarisationsnachführung mehr erforderlich. Durch alleiniges Drehen um die Stundenachse kann ein anderer Satellit so auch bei ungenauer Kenntnis seiner Längenposition rasch gefunden werden.This task is performed with a generic directional antenna by the in the characterizing part of claim 1 specified feature solved. Comes with simple mechanical Means ensured that the lead angle δ for each latitude ϕ corresponding to that of the invention given rule can be adjusted, so arise significant improvements in declination and Polarization error. Usually - sufficient antenna adjustment and satellite position accuracy required - neither declination nor polarization tracking more needed. By simply turning around the hour axis can another satellite do so even if its knowledge is inaccurate Longitude position can be found quickly.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.Appropriate developments of the invention are in the sub claims specified.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigenThe invention is described below with reference to drawings explained. Show it

Fig. 1 in einer seitlichen Ansicht eine symmetrisch aufgebaute Reflektorantenne nach der Erfindung, Fig. 1 in a side view a symmetrically designed reflector antenna according to the invention,

Fig. 2 ebenfalls in einer seitlichen Ansicht eine nach dem Offset-Prinzip arbeitende Reflektorantenne nach der Erfindung mit Subreflektor, Fig. 2 is also in a side view a working according to the principle of offset reflector antenna according to the invention with sub-reflector,

Fig. 3 die Antenne nach Fig. 2 in einer Ansicht von oben. Fig. 3 shows the antenna of FIG. 2 in a view from above.

In Fig. 1 ist in seitlichen Ansicht eine nach der Erfindung ausgebildete symmetrische Reflektorantenne nach der Erfindung zur Ausrichtung auf einen sich auf einer geostationären äquatorialen Umlaufbahn bewegenden Nachrichtensatelliten dargestellt. Vom Aufbau her stimmt die in Fig. 1 dargestellte Antenne weitgehend mit derjenigen nach der europäischen Patentschrift 02 27 930 überein. Die Reflektorantenne, die einen Hauptreflektor 1, einen Erreger 2 und einen Subreflektor 3 aufweist und auf einem Tragegestell 4 aufgebaut ist, soll um eine Deklinationsachse 5 und um eine letztere senkrecht kreuzende Stundenachse 6 schwenkbar sein. Das Tragegesstell 4 weist insgesamt sechs Streben 7 bis 12 auf, von denen die beiden Streben 7 und 8 (liegen hintereinander) bzw. 9 und 10 (liegen hintereinander) mit der in Ost-West-Richtung verlaufenden Deklinationsachse 5 jeweils ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Die Streben 7, 8 und 9, 10 sind gemeinsam auf einem Fundament 13 angebracht und um die Deklinationsachse 5 in zwei Lagerstellen 14 und 15 schwenkbar gelagert. Durch die beiden, der Deklinationsachse 5 abgewandten Ecken 16 und 17 der beiden übereinanderliegenden, gleichschenkligen Dreiecke verläuft die annähernd parallel zur Erdachse, d. h. senkrecht zur Äquatorebene 18 auszurichtende Stundenachse 6. Die Reflektorantenne ist achsensymmetrisch an den beiden zur Deklinationsachse 5 abgewandten Ecken 16 und 17 der beiden gleichschenkligen Dreiecke um die Stundenachse 6 schwenkbar angelenkt. Die beiden Streben 11 und 12 sind in ihrer Länge verstellbar ausgebildet.In Fig. 1 in side view a recess formed according to the invention symmetrical reflector antenna according to the invention is illustrated for alignment onto a moving in a geostationary equatorial orbit communications satellites. The structure of the antenna shown in FIG. 1 largely corresponds to that according to European Patent 02 27 930. The reflector antenna, which has a main reflector 1 , an exciter 2 and a subreflector 3 and is constructed on a support frame 4 , should be pivotable about a declination axis 5 and an hour axis 6 crossing it perpendicularly. The carrying frame 4 has a total of six struts 7 to 12 , of which the two struts 7 and 8 (lie one behind the other) or 9 and 10 (lie one behind the other) each form an isosceles triangle with the declination axis 5 running in the east-west direction. The struts 7 , 8 and 9 , 10 are mounted together on a foundation 13 and pivotally mounted about the declination axis 5 in two bearing points 14 and 15 . The hour axis 6 to be aligned approximately parallel to the earth's axis, ie perpendicular to the equatorial plane 18, runs through the two corners 16 and 17 of the two isosceles triangles facing away from the declination axis 5 . The reflector antenna is pivotally pivoted about the hour axis 6 at the two corners 16 and 17 of the two isosceles triangles facing away from the declination axis 5 . The length of the two struts 11 and 12 is adjustable.

Ist die an einem Standort mit der geographischen Breite ϕ aufgestellte Reflektorantenne mit Stunden-Deklinations­ winkellagerung auf einen direkt im Süden stehenden geostatio­ nären Satelliten ausgerichtet und soll dabei die Stundenachse 6 parallel zur Erdachse sein, so muß der Reflektorvorhaltewinkel δo gleich dem Neigungswinkel δ der Verbindungslinie Antenne-Satellit gegen die Äquatorebene sein. Es gilt dann die bereits angegebene Gleichung (1).If the reflector antenna with hourly declination angle bearing set up at a location with the geographical latitude ausgerichtet is aligned with a geostationary satellite standing directly to the south and the hour axis 6 is to be parallel to the earth's axis, the reflector lead angle δ o must be equal to the inclination angle δ of the connecting line Antenna-satellite against the equatorial plane. The equation (1) already given then applies.

Dreht man jetzt die Antenne 75° um die Stundenachse 6, so geht der maximale Ausrichtfehler Δ α der Antennenkeule gegenüber dem Fall ohne Vorhaltewinkel zurück, bei einer geographischen Breite ϕ des Antennenstandortes von 51° beispielsweise von Δ α = -20,18° auf 1,91°. Um die Antenne wieder auf den Satelliten zu positionieren, muß sie um den Winkel -Δ α um die Deklina­ tionsachse 5 des Tragegestells 4 geschwenkt werden. If you now turn the antenna 75 ° around the hour axis 6 , the maximum alignment error Δ α of the antenna lobe decreases compared to the case without a lead angle, for example, with a geographic latitude ϕ of the antenna location of 51 ° from Δ α = -20.18 ° to 1 , 91 °. In order to reposition the antenna on the satellite, it must be pivoted about the angle -Δ α about the Declina tion axis 5 of the support frame 4 .

Könnte der Vorhaltewinkel δo für jede geographische Breite des Antennenstandortes separat eingestellt werden, so würde die maximale Abweichung Δ α im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland von -21,65° (im Fall ohne Vorhaltewinkel) auf 1,97° zurückgehen.If the lead angle δ o could be set separately for each geographic latitude of the antenna location, the maximum deviation Δ α in the area of the Federal Republic of Germany would decrease from -21.65 ° (in the case without lead angle) to 1.97 °.

Um die Herstellungskosten und den mechanischen Aufwand zur Einstellung der Antenne zu verringern, kann, statt den Vorhaltewinkel δo entsprechend der vorstehend angegebenen Gleichung für jede geographische Breite anzupassen, der für eine mittlere geografische Breite ϕ = ϕm = 51° berechnete Winkel δ = δo = 7,4° z. B. für die Bundesrepublik Deutschland als feste Antenneneinstellung für das gesamte Ausleuchtgebiet benutzt werden. Diese Maßnahme wird bei der aus der europäi­ schen Patentschrift 02 27 930 bekannten Parabolreflektorantenne angewandt. Dort wird der Winkel δo durch ein festes Abstands­ stück realisiert. Um den dann für ϕ ≠ ϕm entstehenden Aus­ richtfehler auszugleichen, muß auf eine völlig parallele Einstellung der Stundenachse 6 zur Erdachse auch bei Südaus­ richtung allerdings wiederum verzichtet werden. Der bei 75°- Schwenkung auftretende Fehler vergrößert sich im ungünstigsten Fall dadurch von 1,97° auf 3,26°, wobei die 3,26° jetzt nicht mehr bei der nördlichsten, sondern der südlichsten geographischen Breite des Gebietes auftreten. Eine scharf bündelnde Antenne kann deshalb bereits bei relativ geringen Schwenkwinkeln aus der Südrichtung einen geostationären Satelliten unter Umständen schon nicht mehr direkt erfassen. Dies führt in der Praxis, insbesondere bei Handverstellung der Antenne, oft zu sehr zeitaufwendigen Suchvorgängen, die nicht nur Kosten sondern auch störende Betriebsunterbrechungen verursachen können. Zu dieser Schwierigkeit kommt jedoch noch folgender Nachteil.In order to reduce the manufacturing costs and the mechanical effort for adjusting the antenna, instead of adjusting the lead angle δ o according to the equation given above for each geographic latitude, the angle δ = δ calculated for a mean geographic latitude ϕ = ϕ m = 51 ° o = 7.4 ° z. B. for the Federal Republic of Germany as a fixed antenna setting for the entire coverage area. This measure is used in the parabolic reflector antenna known from European patent 02 27 930. There the angle δ o is realized by a fixed spacer. In order to compensate for the misalignment that then arises for ϕ ≠ ϕ m , a completely parallel setting of the hour axis 6 to the earth axis must also be dispensed with, even when facing south. In the worst case, the error occurring at a 75 ° swivel increases from 1.97 ° to 3.26 °, the 3.26 ° now no longer occurring at the northernmost but the southernmost geographical latitude of the area. A sharply focused antenna can therefore no longer directly detect a geostationary satellite even at relatively small swivel angles from the south. In practice, this often leads to very time-consuming searches, especially when manually adjusting the antenna, which can cause not only costs but also disruptive business interruptions. In addition to this difficulty there is the following disadvantage.

Oft hat die Polarisation der von unterschiedlichen Satelliten kommenden Wellen eine feste Winkellage bezüglich einer zur Erdachse parallelen Ebene durch die Verbindungslinie Antenne-Satellit. In diesem Fall ergeben sich mit dem Stunden-Deklinationswinkelgestell im Vergleich zu einem Elevations-Azimut-Gestell beim Schwenken von einem Satelliten auf einen anderen zwar relativ geringe Polarisa­ tionsfehlwinkel. Diese bewirken jedoch bei Doppelpolarisa­ tionsbetrieb immer noch eine zu hohe Verkopplung zwischen orthogonalen Kanälen und erfordern eine Polarisationsnach­ stellung.Often the polarization of that from different satellites coming waves a fixed angular position with respect to Earth axis parallel plane through the connecting line Antenna satellite. In this case, the  Hour declination angle frame compared to one Elevation azimuth frame when swiveling one Satellites on another polarisa though relatively small misalignment. However, these cause double polarisa operation is still too high a coupling between orthogonal channels and require post polarization position.

Durch die Erfindung wurde erkannt, daß die bei festem Vorhal­ tewinkel für das gesamt Ausleuchtgebiet zunächst plausibel erscheinende Abstimmung des Vorhaltewinkels δo auf eine mittlere geographische Breite sich bei genauerer Analyse als unzweckmäßig erweist und zwar deshalb, weil die vorstehend erwähnte maximale Konturabweichung Δ α (im Beispiel 3,26° bei 75°-Antennenschwenkung) dann nicht symmetrisch bei der süd­ lichsten und nördlichsten geographischen Breite, sondern nur bei der südlichsten Breite im Gebiet auftritt (gilt für Antennenstsandorte auf der nördlichen Erdhalbkugel). Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht deshalb darin, den Vorhaltewinkel δo auf eine geeignetere südlichere Breite abzustimmen. Es zeigt sich, daß in dem vorstehenden angenom­ menen Beispiel für die Bundesrepublik Deutschland mit einem nach der angegebenen Gleichung zur geografischen Breite ϕo = 43,8° gehörigen Vorhaltewinkel δo = 6,704° der maximale Fehler bei 75° Schwenkung der Antenne von 3,26° auf 1,33° reduziert werden kann. Die Satellitenerfassungsgrenze für die vorstehend angenommene 5,6 m Antenne verschiebt sich bei einer -10 dB-Breite von 0,5° dadurch, je nach der geographischen Breite von 34° . . . 61° auf 49° . . . 75° Stundenwinkel. Die entsprechend der Erfindung vorgenommene Dimensionierung zeichnet sich dadurch aus, daß bei einer mittleren geographischen Breite und Wegschwenken der Antenne aus der Südrichtung der Winkelfehler Δ α gegenüber der Orbitebene nicht mehr monoton ansteigt, sondern ein flaches Maximum durchläuft, bei einem bestimmten Schwenkwinkel sogar wieder 0 wird und dann negative Werte annimmt. Die Existenz zweier Nullstellen statt vorher einer im Schwenkbereich 0 ≦ β ≦ βmax ist der tiefere Grund für die wesentlich bessere Approximation der durch die Erfindung gefundenen Lösung an den erwünschten Idealzustand Δα = 0°. Es genügt, das Optimum des Vorhaltewinkels δo für die mittlere geographische Breite ϕm des Gebiets zu bestimmen, da dieser Wert nahezu auch das Optimum bei Betrachtung des gesamten Gebietes darstellt. Dabei darf jedoch in der angegebenen Gleichung für die geographische Breite ϕ des Antennenstandortes nicht der Wert ϕm eingesetzt werden, sondern ϕ muß mit einem Faktor a ≦ 0,98 multipliziert werden. Soll die Deklinationsnachstellung beim Schwenken um die Stundenachse minimiert werden, so hat a unabhängig vom Ausleuchtgebiet vorzugsweise annähernd den optimalen Wert 0,86.By the invention it was recognized that the initially seeming plausible adjustment of the lead angle δ o to a mean geographic latitude at a fixed lead angle for the entire illuminated area proves to be unsuitable upon closer analysis, specifically because the aforementioned maximum contour deviation Δ α (im Example 3.26 ° with 75 ° antenna tilt) then does not occur symmetrically at the southernmost and northernmost latitude, but only at the southernmost latitude in the area (applies to antenna locations in the northern hemisphere). The idea on which the invention is based is therefore to tune the lead angle δ o to a more suitable southern latitude. It is found that in the above angenom menen example of the Federal Republic of Germany with a specified according to the equation for the geographical latitude φ o = 43.8 ° corresponding correction angle δ o = 6,704, ° the maximum error at 75 ° pivoting of the antenna 3 Can be reduced from 26 ° to 1.33 °. The satellite detection limit for the 5.6 m antenna assumed above shifts at a -10 dB latitude of 0.5 °, depending on the latitude of 34 °. . . 61 ° to 49 °. . . 75 ° hour angle. The dimensioning carried out in accordance with the invention is characterized in that when the antenna is averaged geographically wide and swivels away from the south, the angular error .DELTA..alpha and then takes negative values. The existence of two zeros instead of one in the swivel range 0 ≦ β ≦ β max is the deeper reason for the much better approximation of the solution found by the invention to the desired ideal state Δα = 0 °. It is sufficient to determine the optimum of the lead angle δ o for the mean geographic latitude ϕ m of the area, since this value almost also represents the optimum when the entire area is viewed. However, the value ϕ m must not be used for the geographical latitude ϕ of the antenna location in the given equation, but ϕ must be multiplied by a factor a ≦ 0.98. If the declination adjustment is to be minimized when swiveling around the hour axis, a preferably has approximately the optimal value 0.86 regardless of the illumination area.

Der maximale Polarisationsfehler im Bereich der Bundesrepublik Deutschland reduziert sich durch Optimierung des Vorhaltewinkels δo von 3,63° auf -2,63° bzw. von 1,92° auf 0,72°, je nachdem, ob ein fester oder ein an die geographische Breite angepaßter Vorhaltewinkel bei der Minimierung des Deklinationswinkelfehlers Δα vorausgesetzt wird. Eine Polarisationsnachstellung ist in letzterem Fall nicht mehr erforderlich. Der Polarisationsfehlwinkel kann weiter reduziert werden, wenn der Vorhaltewinkel δo ausschließlich mit diesem Ziel optimiert wird. Die zuletzt genannten Werte können damit von -2,63° auf ±1,71° bzw. von 0,72° auf 0,24° reduziert werden. Im Bereich 0 ≦ β ≦ 75° erhält man den optimalen Vorhaltewinkel δo für minimale Fehlpolarisationswinkel bei einer bestimmten geographischen Breite ϕ in guter Näherung, wenn in der angegebenen Formel (1) statt des Winkels ϕ der Winkel ϕo = 0,91 ϕ eingesetzt wird, d. h. a = 0,91. Kompromißlösungen zwischen einer Minimierung von Deklinations- oder Polarisationsnachstellung für eine bestimmte geographische Breite ϕ liegen daher im Bereich 0,86 ϕ ≦ ϕo ≦ 0,91. The maximum polarization error in the area of the Federal Republic of Germany is reduced by optimizing the lead angle δ o from 3.63 ° to -2.63 ° or from 1.92 ° to 0.72 °, depending on whether a fixed or an attached Geographical latitude adjusted lead angle is assumed in minimizing the declination angle error Δα. A polarization adjustment is no longer necessary in the latter case. The polarization error angle can be further reduced if the lead angle δ o is optimized exclusively with this goal. The latter values can thus be reduced from -2.63 ° to ± 1.71 ° or from 0.72 ° to 0.24 °. In the range 0 ≦ β ≦ 75 ° one obtains the optimal lead angle δ o for minimal incorrect polarization angles with a certain geographic latitude ϕ in a good approximation if in the given formula (1) the angle ϕ o = 0.91 ϕ is used instead of the angle ϕ becomes, ie a = 0.91. Compromise solutions between minimizing declination or polarization adjustment for a certain geographical latitude ϕ are therefore in the range 0.86 ϕ ≦ ϕ o ≦ 0.91.

Wird mit einfachen mechanischen Mitteln dafür gesorgt, daß der Vorhaltewinkel δo für jede geographische Breite ϕ entspre­ chend der im Anspruch 2 angegebenen Näherungsregel angepaßt werden kann, so ergeben sich also wesentliche Verbesserungen. Die Deklinationsrestfehler im Bereich der Bundesrepublik Deutschland bei ±75° Stellbereich des Stundenwinkels sind dann Δ α = 0,06° und die zugehörigen Polarisationsfehler ≦0,72° bzw. ≦0,24° bei Minimieren des Polarisationsfehlers nach der im Anspruch 3 gegebenen Regel. Damit ist, eine ausreichende Antennenjustierung und Satellitenpositionsgenauigkeit vorausgesetzt, weder eine Deklinations- noch eine Polari­ sationsnachführung mehr erforderlich. Durch alleiniges Drehen um die Stundenachse kann ein anderer Satellit so auch bei ungenauer Kenntnis seiner Längenposition rasch gefunden werden.If simple mechanical means are used to ensure that the lead angle δ o can be adapted for each geographic latitude ϕ accordingly to the approximation rule specified in claim 2, this results in significant improvements. The residual declination errors in the Federal Republic of Germany at ± 75 ° setting range of the hour angle are then Δ α = 0.06 ° and the associated polarization errors ≦ 0.72 ° or ≦ 0.24 ° when minimizing the polarization error according to the rule given in claim 3 . Provided there is sufficient antenna adjustment and satellite position accuracy, neither declination nor polarization tracking is required. By simply rotating around the hour axis, another satellite can be found quickly even if its length position is inaccurately known.

Um dies zu erreichen, ist in zweckmäßiger Weise eine dritte, zur Stundenachse 6 senkrechte Achse (senkrecht durch die Ecke 17 in Fig. 1) an dem um die Stundenachse 6 drehbaren Teil der Antenne vorgesehen, an welcher das Reflektorsystem 1, 3 zusammen mit dem Speisesystem 2 so befestigt ist, daß mittels Verstell­ vorrichtungen für jede geographische Breite ϕ der zugehörige optimale Vorhaltewinkel δ durch Kippen des Reflektorsystems bzw. durch die Länge eines Abstandstückes 17a eingestellt werden kann.In order to achieve this, a third axis perpendicular to the hour axis 6 (perpendicular through the corner 17 in FIG. 1) is expediently provided on the part of the antenna which can be rotated about the hour axis 6 and on which the reflector system 1 , 3 together with the Feeding system 2 is fastened in such a way that by means of adjusting devices for each geographic latitude ϕ the associated optimal lead angle δ can be adjusted by tilting the reflector system or by the length of a spacer 17 a.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag wird bei Aufstellungsorten, die nicht auf der mittleren geographischen Breite ϕm liegen, die an sich nötige Korrektur Δ = δ(ϕ) -δ(ϕm) der Hauptstrahlrichtung gegenüber der Stundenachse mit elektrisch wirksamen Maßnahmen herbeigeführt, die eine Änderung der Strahlrichtung in bezug auf die Antenne bewirken. Die Winkeländerung Δ der Hauptstrahlrichtung in bezug auf die Reflektorachse läßt sich nämlich auch in vorteilhafter Weise durch seitliches Verschieben des Erregers und/oder gegebenenfalls auch des Subreflektors in eine für jede geografische Breite feste Stellung erreichen.According to a further proposal according to the invention, the necessary correction Δ = δ (ϕ) -δ (ϕ m ) of the main beam direction with respect to the axis of the hour is brought about with locations that are not on the mean geographic latitude ϕ m , with electrically effective measures that a Change the beam direction in relation to the antenna. The change in angle Δ of the main beam direction with respect to the reflector axis can namely also advantageously be achieved by laterally shifting the exciter and / or possibly also the sub-reflector into a position that is fixed for each geographic latitude.

Eine derartige Winkeländerung der Hauptstrahlrichtung läßt sich in vorteilhafter Weise bei einer Antenne erreichen, wie sie in den Fig. 2 in einer Seitenansicht und 3 in einer Draufsicht dargestellt ist. Bei dieser Antenne handelt es sich um eine sogenannte Schrägparabolantennenanordnung (Speisung nach dem Offset-Prinzip). Auf einem Tragarm 19 sind hierbei ein Erreger 20, ein Subreflektor 21 und ein Hauptreflektor 22 angeordnet. Ein Teil 23 des Tragarms ist mittels eines Gelenks 24 ein­ klappbar, so daß sich für Transportzwecke der Erreger 20 und der Subreflektor 21 an den Hauptreflektor 22 anklappen lassen. Mittels einer Stundenachsenverstellvorrichtung 25 ist die Antenne um die Stundenachse 26 drehbar. Um die Deklinations­ achse 27 erfolgt eine Schwenkung mittels einer einstellbaren Strebe 28. Um die Deklinationsachse 27 auch bei mobilen Anwendungen jederzeit in Ost-West-Richtung einstellen zu können, ist für diese Fälle noch eine Azimut-Drehvorrichtung 29 gezeichnet. Um das Gelenk 24 wird eine Feinverstellung der Winkellage des Tragarmteils 23 und damit des Erregersystems einschließlich des Subreflektors 21 vorgenommen. Damit wird die erwünschte Feineinstellung des Vorhaltewinkels δ der Haupt­ strahlrichtung erreicht.Such an angle change of the main beam direction can advantageously be achieved with an antenna as shown in FIG. 2 in a side view and 3 in a top view. This antenna is a so-called oblique parabolic antenna arrangement (feeding according to the offset principle). An exciter 20 , a sub-reflector 21 and a main reflector 22 are arranged on a support arm 19 . Part 23 of the support arm can be folded by means of a joint 24 , so that the exciter 20 and the sub-reflector 21 can be folded onto the main reflector 22 for transport purposes. The antenna can be rotated about the hour axis 26 by means of an hour axis adjustment device 25 . Around the declination axis 27 is pivoted by means of an adjustable strut 28th In order to be able to set the declination axis 27 in the east-west direction at any time even in the case of mobile applications, an azimuth rotating device 29 is also drawn for these cases. A fine adjustment of the angular position of the support arm part 23 and thus of the excitation system including the sub-reflector 21 is carried out around the joint 24 . The desired fine adjustment of the lead angle δ of the main beam direction is thus achieved.

Claims (8)

1. Auf einen geostationären, sich auf einer äquatorialen Umlaufbahn bewegenden Nachrichtensatelliten auszurichtende Richtantenne, insbesondere Reflektorantenne, die um eine in Ost-West-Richtung verlaufende Deklinationsachse sowie um eine diese senkrecht kreuzende und somit parallel zur Erdachse ausrichtbare Stundenachse schwenkbar und die so eingestellt ist, daß ihre Hauptstrahlrichtung um 90° + δ gegenüber der Stundenachse geneigt ist, wobei δ ein von der geographischen Breite ϕ des Antennenstandortes abhängiger Vorhaltewinkel ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor­ haltewinkel δ durch die Formel bestimmt ist, worin c = 0,15124 und a ≦ 0,98.1. A geostationary directional antenna, in particular a reflector antenna, to be aligned on an equatorial orbit, in particular a reflector antenna, which can be pivoted about a declination axis running in east-west direction and about an hour axis crossing perpendicularly and thus parallel to the earth axis and which is set in this way, that their main beam direction is inclined by 90 ° + δ with respect to the hour axis, where δ is a lead angle dependent on the geographical latitude ϕ of the antenna location, characterized in that the front angle δ is given by the formula where c = 0.15124 and a ≦ 0.98. 2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Mini­ mierung der Deklinationsnachstellung beim Schwenken um die Stundenachse (6) der Faktor a den Wert 0,86 hat.2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that for minimizing the declination adjustment when pivoting about the hour axis ( 6 ) the factor a has the value 0.86. 3. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung der Polarisationsnachstellung beim Schwenken um die Stundenachse (6) der Faktor a den Wert 0,91 hat.3. Directional antenna according to claim 1, characterized in that to minimize the polarization adjustment when pivoting about the hour axis ( 6 ) the factor a has the value 0.91. 4. Richtantenne, insbesondere Zweireflektorantenne, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem um die Stundenachse (6) drehbaren Antennenteil eine dritte, zur Stundenachse und zur Antennenstrahlrichtung senkrechte Achse vorgesehen ist, an welcher das Reflektorsystem, das aus einem Hauptreflektor (1) und gegebenenfalls einem Subre­ flektor (3) besteht, zusammen mit dem Speisesystem (2) so befestigt ist, daß sich mittels Verstellvorrichtungen für jede geographische Breite (ϕ) der zugehörige optimale Vor­ haltewinkel (δ) durch Kippen des Reflektorsystems samt Speisesystem einstellen läßt.4. Directional antenna, in particular two-reflector antenna, according to one of the preceding claims, characterized in that a third axis, perpendicular to the hour axis and to the antenna beam direction, is provided on the antenna part rotatable about the hour axis ( 6 ), on which the reflector system consisting of a main reflector ( 1 ) and possibly a subre reflector ( 3 ), is fastened together with the feed system ( 2 ) so that the associated optimum holding angle (δ) can be adjusted by tilting the reflector system together with the feed system by means of adjusting devices for each geographic latitude (ϕ) . 5. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhaltewinkel (δ) innerhalb des für die Funk­ übertragung zu einem Satelliten vorgesehenen Gebiets der Erde konstant gehalten wird und den Wert δ = δo hat, der sich für die mittlere geografische Breite ϕ = ϕm des Gebiets aus der im Anspruch 1 angegebenen Formel ergibt.5. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the lead angle (δ) is kept constant within the region of the earth provided for the radio transmission to a satellite and has the value δ = δ o , which is for the mean geographical latitude ϕ = ϕ m of the area results from the formula given in claim 1. 6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Antennen­ aufstellungsorten, die nicht auf der mittleren geographischen Breite ϕm liegen, die an sich nötige Korrektur Δ = δ(ϕ)-δ(ϕm) der Hauptstrahlrichtung gegenüber der Stundenachse mit elektrisch wirksamen Maßnahmen herbeigeführt wird, die eine Änderung der Strahlrichtung in bezug auf die Antenne bewirken.6. Directional antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that for antennas installation sites that are not on the central geographic latitude ϕ m , the necessary correction Δ = δ (ϕ) -δ (ϕ m ) opposite the main beam direction the hour axis is brought about with electrically effective measures which cause a change in the beam direction in relation to the antenna. 7. Richtantenne nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Reflektorantenne, bei der die Winkeländerung Δ der Haupt­ strahlrichtung in bezug auf die Reflektorachse durch seit­ liches Verschieben des Erregers im Speisesystem und/oder gegebenenfalls auch des Subreflektors in eine für die jeweilige geographische Breite feste Stellung vorgenommen wird. 7. directional antenna according to claim 6, characterized by an execution as Reflector antenna where the change in angle Δ is the main beam direction with respect to the reflector axis through shifting the pathogen in the feed system and / or if necessary also of the sub-reflector in one for the respective geographic latitude fixed position becomes.   8. Richtantenne nach Anspruch 7 mit seitlich auf einem Tragarm angeordnetem Erreger und Subreflektor, wobei für Transportzwecke der Tragarm ein Gelenk zum Einklappen des Erregersystems (Erreger und Subreflektor) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß um dieses Gelenk (24) eine Feinverstellung der Winkellage eines Teils (23) des Tragarms (19) bzw. des Erregersystems (20, 21) vorgenommen und damit die erwünschte Feineinstellung des Vorhaltewinkels (δ) der Hauptstrahlrichtung erreicht wird, und daß außerdem zur jeweiligen Südausrichtung (gilt für An­ bringung der Antenne auf der Nordhalbkugel der Erde) des Gestells eine zusätzliche Azimutverstellmöglichkeit vorgesehen ist.8. Directional antenna according to claim 7 with a laterally arranged on a support arm exciter and subreflector, wherein for transport purposes the support arm has a joint for folding the excitation system (exciter and subreflector), characterized in that around this joint ( 24 ) a fine adjustment of the angular position of a part ( 23 ) of the support arm ( 19 ) or the excitation system ( 20 , 21 ) and thus the desired fine adjustment of the lead angle (δ) of the main beam direction is achieved, and that in addition to the respective south orientation (applies to attachment of the antenna in the northern hemisphere Earth) of the frame, an additional azimuth adjustment option is provided.
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CN102284858A (en) * 2011-06-21 2011-12-21 中国兵器工业第二0六研究所 Method for quickly adjusting orthogonal analog disc surface of radar to make orthogonal analog disc surface vertical to pitch axis

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