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Die
Erfindung betrifft eine Multifeed-Satellitenempfangseinrichtung
mit mehreren LNB-Baueinheiten
und einem Reflektor.
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Es
besteht der Wunsch des Konsumenten, empfangsseitig zwischen den
Signalen verschiedener Satelliten umschalten zu können. Dazu
gibt es bereits drehbare Satellitenanlagen (Polarmounts).
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Auch
existiert die Lösung,
mehrere Antennen und Außeneinheiten
zu installieren und zwischen ihnen umzuschalten. Dies ist zwar technisch
problemlos zu realisieren, erfordert aber auch einen hohen materiellen
und wirtschaftlichen Aufwand.
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Weitere
Lösungen,
zu denen auch die der eingangs genannten Art gehören, nutzen das folgende Prinzip:
Achsenparallel einfallende Strahlung wird in einem Brennpunkt des
Reflektors fokussiert, der im folgenden als Primärbrennpunkt bezeichnet wird. Schräg einfallende
Wellenfronten werden dagegen in anderen Brennpunkten gebündelt, die
hier als Sekundärbrennpunkte
bezeichnet werden sollen.
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Dabei
soll unter dem Begriff Reflektor eine gekrümmte, die zu empfangende Strahlung
reflektierende Fläche
verstanden werden, die nach dem Prinzip des Hohlspiegels arbeitet
und somit parallel einfallende Strahlen in ihren Brennpunkten fokussiert. Es
kann sich bei diesem Reflektor auch um das Segment eines Hohlspiegels
handeln, das dann auch mit dem Unterbegriff „Offsetspiegel" bezeichnet wird.
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Unter
dem Namen LNB („Low
Noise Block", in
der Literatur auch als INC „Low
Noise Converter" bekannt)
soll im folgenden ein Konverter verstanden werden, der das zu empfangende
Satellitensignal mit Hilfe seines Einkopplungstrichters (des sogenannten „Feedhorns") empfängt, in
seinem Hohlleiter an zwei LNA („Low Noise Amplifier”) weiterleitet
und es in der darauf folgenden Schaltung besonders rauscharm in den
UHF-Bereich umsetzt.
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Es
sind Lösungen
bekannt, die als Motorfeedanlagen bezeichnet werden. Sie nutzen
ein auf einer Schiene bewegliches Speisesystem mit einem Feed, das über einen
meist an der Seite der Schiene angebrachten Motor in bestimmte Positionen
bewegt wird. Die Form der Schiene und die jeweilige Position des
Feeds auf dieser Schiene bestimmen dabei die Strahlrichtung.
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Eine
andere Lösung
stellt die oben bereits genannte Multifeedanordnung dar. Sie besteht
aus der Kombination eines einzigen Reflektors mit mehreren LNB.
Dabei werden mehrere LNB durch ihre Positionierung in den Brennpunkten
eines Reflektors auf bestimmte Satellitenpositionen ausgerichtet. Beim
Empfang der Signale lediglich zweier verschiedener Satelliten wird
die Hauptachse eines solchen Multifeedsystems bei der Installation
prinzipiell auf das jeweils schwächere
zu empfangende Satellitensignal ausgerichtet. Der dazugehörige LNB
befindet sich dann im Primärbrennpunkt.
Dort ist die Leistungsaufnahme optimal, denn in dieser Position „sieht" er die größtmögliche Spiegelfläche. Bei
mehr als zwei zu empfangenden Satelliten muss vor der Planung eine
komplexe Analyse erfolgen. Dadurch steigt der Installationsaufwand
erheblich.
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DE 4446084 C2 geht
von bekannten Multifeed-Satellitenempfangsanordnungen aus, die eine sogenannte „Querträger-Lösung" enthalten. Dabei werden
die LNB auf einem Querträger
montiert und solange verschoben und justiert, bis jeder LNB seinen
Brennpunkt bezüglich
des gewünschten
Satelliten gefunden hat. Auch wird erwähnt, dass bereits vorgeschlagen
wurde, auf der Querträgerschiene feste
Bohrungen oder Markierungen für
die vorgegebenen Relativpositionen vorzusehen. Weiterhin wird erwähnt, dass
die Ausrichtung dieser bekannten Anordnungen insbesondere bei starkem
Längengrad-Unterschied
zwischen Empfangsort und geostationärer Satellitenposition nicht
stets ausreichend sei. Insbesondere bezieht sich die Druckschrift
auf schwenkbare Einrichtungen und beschreibt, wie der Verschwenkwinkel,
Korrekturwinkel genannt, entsprechend des Länge- und Breitengrades des
Standorts der Satellitenantenne und der gewünschten Satellitenkombination
anhand einer vorgegebenen Tabelle eingestellt wird.
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Darauf
aufbauend schlägt
DE 4446084 C2 vor,
eine solche schwenkbare Einrichtung dadurch zu verbessern, dass
die eigentliche Achse ihrer Verschwenkeinrichtung im Bereich ihrer
Achsenlinie achsenkörperfrei
gestaltet ist. Weiterhin wird eine mögliche Konstruktion offenbart,
die es möglich macht,
in dieser achsenkörperfrei
gestalteten Achsenlinie einen LNB zu montieren, wodurch die Installation
eines solchen Systems erheblich vereinfacht wird.
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Die
nach dem derzeitigen Stand der Technik notwendige Mindestgröße des Reflektors
von Multifeedanlagen ergibt sich aus den folgenden Eckdaten: Der
international festgelegte Mindestabstand zwischen den verschiedenen
Satellitenpositionen (die gleichzeitig im gleichen Frequenzbereich
senden dürfen)
beträgt
3°. In der
Praxis hat sich ein optimales Verhältnis vom Brennpunktabstand
f zum Spiegeldurchmesser D von f/D = 0,6 bewährt.
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Die
Mindestgröße des Reflektors
der Multifeedsysteme wird beim derzeitigen Stand der Technik also
nicht, wie bei anderen Bauformen üblich, von der Sendeleistung
der zu empfangenden Satelliten bestimmt. Vielmehr geben die mechanischen
Abmessungen der bereits auf dem Markt existierenden Speiseeinheiten
für nah beieinander
liegende Satellitenpositionen eine entsprechende Mindestgröße des Reflektors
vor.
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Im
Stand der Technik sind Lösungen
bekannte, mit denen versucht wird, das Problem der eng beieinanderliegenden
Brennpunkte dadurch zu lösen, dass
mit Hilfe einer weiteren Spiegelung an einem zweiten Reflektor die
Brennpunkte wieder „auseinander
gezogen" werden.
Das Signal erfährt
durch die Zweifachreflexion einen zusätzlichen Leistungs- und Qualitätsverlust
und die Durchmesser der Hauptreflektoren betragen bei solchen Anordnungen
oft über einen
Meter.
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Weiterhin
sind sogenannte Monoblöcke
bekannt. Ihre Technik beruht darauf, dass mehrere Empfänger Teile
der Elektronik gemeinsam verwenden, wodurch sowohl Kosten als auch
Raum eingespart werden soll. Durch die Montage auf einer gemeinsamen
Leiterplatte sind sie zwangsläufig
parallel angeordnet. In sämtlichen
zur Zeit existierenden Ausführungen
der Monoblöcke
sind die Feedhörner daher
parallel ausgerichtet.
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Eine
weitere Anordnung wird in dem Artikel „Duo-Feed: Schielen erwünscht" von Karsten Jungk, RFE,
2/94, beschrieben. Dabei werden zwei LNB in einem gemeinsamen Wetterschutzgehäuse auf
einer von der Gesamtanordnung vorgegebenen Ebene in einem einstellbaren
Winkel zueinander „schielend" angeordnet."
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Das
Maximum der Strahlungsintensität
der einzelnen Satellitensignale fällt jedoch entsprechend der
Position der jeweiligen Satelliten auch aus unterschiedlichen vertikalen
Richtungen vom Reflektor auf die LNB. Je weiter sich die geografische
Position des Empfangssystems vom Äquator entfernt, desto größer wird
auch die vertikale Abweichung sowohl im Winkel als auch in der konkreten
Position der einzelnen Nebenbrennpunkte.
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Durch
ein erhöhtes
Maß der
zur LNB-Achse schräg
einfallenden Strahlungsintensität
entstehen Verluste, die zur Zeit von allen auf dem Markt existierenden
Multifeed-Systemen
in kauf genommen werden. Dazu gehört einerseits die entsprechend schlechtere
Einkopplung des gewünschten
Signals in das Feedhorn, das erhöhte
Maß an
Reflexionen im Hohlleiter (verbunden mit den entsprechenden Randeffekten)
und eine Verringerung der Leistungsaufnahme des gewünschten
Signals, da das Strahlungsmaximum aus einer Richtung kommt, aus
der es eine kleinere effektive Trichterfläche des Feedhorns „sieht". Andererseits nimmt
im Maße
der Fehlausrichtung auch die Wahrscheinlichkeit erhöhter Störstrahlung
zu, wodurch sich das Signal/Rauschverhältnis ebenfalls verschlechtert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Multifeed-Satellitenempfangseinrichtung
mit möglichst kleinen
geometrischen Abmessungen zu entwickeln, sowie deren Installation
zu erleichtern und die Ausrichtung der LNB zu optimieren.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Multifeed-Satellitenempfangseinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Multifeed-Satellitenempfangseinrichtung
weist folgende Merkmale auf:
Sämtliche LNB-Baueinheiten dieser
Multifeed-Satellitenempfangseinrichtung werden in ein gemeinsames
Wetterschutzgehäuse
eingesetzt, von dem sie im wesentlichen vollständig umschlossen werden. Unter
der Bezeichnung „im
wesentlichen vollständig umschlossen" ist eine Anordnung
zu verstehen, die dazu geeignet ist, die LNB derart zu umschließen, dass
sie vor Witterungseinflüssen
geschützt
sind.
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Das
Wetterschutzgehäuse
besteht an den dafür
notwendigen Stellen aus einem für
die von den LNB zu empfangende Strahlung durchlässigen Material, so dass die
zu empfangende Strahlung auf die Frontseiten der im Gehäuse fixierten
LNB fallen kann.
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Das
Wetterschutzgehäuse
weist für
die LNB-Baueinheiten Aufnahmen auf, in denen die LNB-Baueinheiten
nach dem Einlegen form- und kraftschlüssig fixiert sind, so dass
die LNB-Baueinheiten bei einer Montage des Wetterschutzgehäuses in
einer vorgegebenen Position und Orientierung in Bezug auf einen
vorgegebenen Reflektor sich bereits ohne weitere Justierung in der
gewünschten
Relativposition zueinander befinden, so dass nach Ausrichtung der
gesamten Antennenanordnung derart, dass ein vorgegebener LNB-Baueinheiten
auf ihre vorgegebene Satellitenposition ausgerichtet ist auch gleichzeitig
die anderen LNB-Baueinheiten auf deren zugehörigen Satellitenpositionen
ausgerichtet sind, ohne dass es einer separaten Veränderung
der Lage eines oder mehrerer LNB innerhalb des Wetterschutzgehäuses bedarf.
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Die
LNB werden für
eine bestimmte, optimale geografische Empfangsposition bereits werkseitig durch
die Ausbildung der Aufnahmen im Wetterschutzgehäuse in ihren geometrischen
Orientierungen unabhängig
von einander auf das Maximum der Strahlungsintensität des von
ihnen jeweils zu empfangenden Satellitensignals ausgerichtet. Die
geometrische Orientierung der einzelnen LNB-Baueinheiten findet
dabei jeweils sowohl in der Positionierung deren Feedhörner, als
auch in der Ausrichtung der LNB-Achse statt, besitzt also im notwendigen Rahmen
alle sechs Freiheitsgrade.
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Daraus
ergeben sich Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik, die im folgenden erläutert werden.
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Bei
der Ausrichtung der LNB zur auf sie fallenden Strahlungsmaxima gibt
es einen Toleranzbereich, der unter anderem vom Öffnungswinkel des zum System
gehörenden
Spiegels vorgegeben wird. Aufgrund der für eine bestimmte geografische
Empfangsposition optimierten Ausrichtung der LNB kann dieser Toleranzbereich
nun vollständig
für einen
gewünschten
Zweck eingesetzt werden, so etwa zum Einsatz dieser konkreten Ausrichtung
auch in einem festzulegenden geografischen Abstand zu dieser oben
genannten optimalen geografischen Empfangsposition. Nicht bautechnische
Hindernisse bestimmen nun die Abweichung vom Idealwert, sondern
lediglich der gezielte Wunsch nach einem Einsatzgebiet bestimmbarer
Größe. Es lässt sich
folglich ein Gebiet definieren, innerhalb dessen eine konkrete werkseitige
Fixierung der LNB zulässig
ist, ohne die Toleranzen zu überschreiten.
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So
zeigt das Ausführungsbeispiel,
dass eine erfindungsgemäße Anordnung
in einer speziellen Bauform beispielsweise für das Empfangsgebiet der Bundesrepublik
Deutschland problemlos verwendet werden kann. Dadurch wird die Installation
derart vereinfacht, dass das gesamte System, bestehend aus Reflektor,
Arm und Speiseeinheit (5) nur einmal ausgerichtet werden
muss, was die Installation erheblich vereinfacht. Der Installationsaufwand
ist auch für
Systeme, die Signale von mehr als zwei verschiedenen Satelliten
empfangen können,
ohne besondere Fachkenntnisse und auch ohne komplexe vorangegangene
Analyse von Nichtfachleuten zu bewältigen.
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Für bestimmte
geographische Gebiete können
aufgrund dieser Erfindung empirisch gewonnene Erfahrungen in den
Entwicklungsprozess miteinbezogen werden. Die Installation wird
durch diese Erfindung vereinheitlicht. Dafür werden die technisch anspruchsvollen
Entscheidungen auf der Entwicklungsebene getroffen, was ökonomisch
weitaus günstiger ist,
als diese bei jeder Installation neu von einem Fachmann ausführen zu
lassen.
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Weitere
vorteilhafte oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
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Dabei
sind die Bauteile folgendermaßen
bezeichnet:
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- 1
- LNB
- 2
- Feedhorn
(Einkopplungstrichter, gehört
zum LNB)
- 3
- Halterungselemente,
die der exakten Ausrichtung der LNB dienen
- 4
- integrierter
Ausgangswahlschalter
- 5
- Reflektor
- 6
- Arm
- 7
- Speiseeinheit
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1 liefert
einen ersten Eindruck des Gehäuses
in dreidimensionaler Darstellung. Es besteht im wesentlichen aus
zwei Teilen, wobei der untere Teil zunächst die grobe Führung und
Ausrichtung der LNB übernimmt.
Der obere Teil dient in erster Linie dem Schutz und wird in dieser
Figur nicht dargestellt. Die „dreidimensionale" Ausrichtung der
LNB wird in dieser Ansicht am deutlichsten. Jeder Punkt kann in jeder
gewünschten
Orientierung in werkseitiger Festlegung anvisiert werden.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf das Gehäuse und
dessen Aufnahmen ohne die LNB. In dieser Darstellung sind die Halterungselemente
(3) in ihrer Funktion noch deutlicher zu erkennen. Der
ins Gehäuse
integrierte Ausgangswahlschalter (4) ist aus dieser Perspektive
ebenfalls gut zu sehen.
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3 stellt
die Frontansicht dar. Hier ist die enge Positionierung der Feedhörner besonders
gut zu erkennen, wie sie für
eine bestimmte angestrebte Ausrichtung gewünscht ist.
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4 stellt
das vollständige
Gehäuse
in der Außenansicht
dar. Hier wird die Wetterschutzfunktion des gemeinsamen Wetterschutzgehäuses deutlich. Auch
wird die Funktion der für
die Strahlung durchlässigen
Fläche
im Frontbereich ersichtlich. Bei der vorliegenden Konstruktion kann
sie besonders glatt und dünn
sein, ohne dass die Stabilität
des gesamten Gehäuses
davon beeinträchtigt
wird.
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5 zeigt
die komplette Satellitenempfangsanlage mit dem dazugehörigen Reflektor.
Die konkrete Positionierung der LNB in den Sekundärbrennpunkten
ist auf bestimmte Reflektorabmessungen abgestimmt. Die geometrische
Positionierung des Wetterschutzgehäuses zum Reflektor ist werkseitig
vorgegeben. Das gesamte System muss entsprechend der geografischen
Empfangsposition ausgerichtet werden.
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Das
Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf die konkrete Bauform eines Multifeedsystems und
insbesondere auf die Bauweise des zu seiner Speiseeinheit gehörenden Wetterschutzgehäuses.
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Um
auch unter Verwendung eines Reflektors mit einem Durchmesser von
weniger als 0,5 m die Signale zweier Satelliten empfangen zu können, deren Winkelabstand
nicht mehr als 3° beträgt, dürfen die Feedhörner der
verwendeten LNB-Baueinheiten an keiner Stelle einen Durchmesser
besitzen, der größer ist
als 30 mm.
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Zu
diesem Zweck sind für
die verwendeten, handelsüblichen
LNB-Baueinheiten keine einzelnen Wetterschutzgehäuse mehr vorgesehen, da deren Abmessungen
eine solch enge Positionierung sonst nicht zulassen würden. Statt
dessen wird für
sie ein gemeinsames Wetterschutzgehäuse konstruiert. Die Feedhörner der
LNB-Baueinheiten besitzen daher an ihrer dicksten Stelle nur noch
einen Durchmesser von 29 mm. Die Länge dieser LNB-Baueinheiten
beträgt 119
mm. Ihre Höhe
beträgt
26 mm.
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Diese
LNB sind in ihrer Funktion erprobt und kostengünstig und arbeiten im Gegensatz
zum oben beschriebenen Monoblock elektronisch autonom, sind also
auf keine gemeinsamen elektronischen Bauelemente angewiesen. Daher
können
sie werkseitig innerhalb des für
die optimale Ausrichtung notwendigen Rahmens so ausgerichtet werden,
dass sie jeden gewünschten
Punkt in jeder gewünschten Orientierung
anvisieren.
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Das
Wetterschutzgehäuse,
das diese Ausrichtung mechanisch realisiert, besteht aus einem Oberteil
und einem Unterteil, die beide im Spritzgussverfahren hergestellt
werden. Die LNB-Baueinheiten werden in die dafür vorgesehene Aufnahmen des
Unterteils (2) hineingesteckt und erfahren
dabei eine grobe Fixierung durch dort angebrachte spezielle Kunststoffklammern
(1).
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Mittels
spezieller Ausformungen im Gehäuseoberteil
erfolgt die endgültige
Fixierung und Positionierung der LNB, wenn das Oberteil aufgeschraubt und
verklebt wird.
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Die
Naht- und Dichtungsstelle der beiden Gehäusehälften darf dabei nicht im Signalweg
der auf die LNB fallenden Strahlung liegen. Aus 1 und 4 geht
hervor, dass dies bei der Konstruktion berücksichtigt wurde. Auch ist
in 4 gut zu erkennen, dass die Frontseite, die aus
diesem Grund auch vollständig
zum Oberteil gehört,
relativ dünn
sein kann, ohne die Stabilität
des Gesamtgehäuses
dadurch zu beeinträchtigen.
Ferner wird für
diesen Bereich eine glatte Oberfläche gewünscht.
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In 1 sind
die LNB in ihrer Vorfixierung zu sehen. Bereits hier wird die Tatsache
deutlich, dass die Ausrichtungen der LNB unabhängig voneinander sind.
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Die
F-Buchse zum Abgreifen des elektronischen Ausgangssignals befindet
sich an der Unterseite des Gehäuses.
Um sie vor herablaufendem Regenwasser zu schützen, wurde dort am Gehäuse eine
ringförmige
Erhöhung
ausgearbeitet.
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Zu
diesem System gehört
ein 45er Offsetspiegel. Dabei bezeichnet die Wirkfläche von
450 mm den Effektivwert des Durchmessers. Die Gehäusebauform
ist im vorliegenden Beispiel auf die Verwendung dieses (oder eines
vergleichbaren) Spiegels optimiert, da durch die Fixierung der LNB
auch die Positionen der Sekundärbrennpunkte
festlegt werden. Die Wirkfläche
des Spiegels D = 450 mm und das Verhältnis f/D = 0,6 bestimmen dessen Brennweite
von 270 mm.
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Die
gesamte Anordnung, bestehend aus Reflektor, Arm und Speiseeinheit
ist in 5 dargestellt. Sowohl die Position der Speiseeinheit
zum Reflektor, als auch die Positionen der LNB innerhalb der Speiseeinheit
sind werkseitig festgelegt und mechanisch fixiert.
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Die
gesamte Anordnung muss bei der Installation ihrerseits einmal in
Abhängigkeit
von der geografischen Empfangsposition auf die zu empfangenden Satellitenpositionen
ausgerichtet werden, ähnlich
wie dies auch bei einfachen Satellitenempfangssystemen mit nur einem
LNB der Fall ist.
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Die
Tabelle 1 liefert konkrete Werte für die Ausrichtung der LNB innerhalb
dieses Systems. Dabei sind die Azimut- und Elevationswinkel (horizontaler
und vertikaler Ausrichtungswinkel) für vier zu empfangenden Satellitenpositionen
sowohl für
Daun als auch für
Dresden eingetragen.
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Beispielsweise
ist aus der Empfangsposition in Daun der Winkelabstand zwischen
den Satellitenpositionen von Astra und Eutelsat ein etwas anderer, als
aus der Empfangsposition in Dresden. Die Veränderung dieses Winkelabstandes
wird mit Delta bezeichnet und muss innerhalb des Toleranzbereiches liegen.
Der Toleranzbereich beträgt
im vorliegenden Beispiel schon aufgrund des Öffnungswinkels des verwendeten
Spiegels mehr als 2°.
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Der
zweite Teil der Tabelle trägt
die Überschrift „Winkelabstände für Daun/Dresden
bei Direktausrichtung auf 19°". Dann werden die
Differenzen der Azimut- und Elevationswerte der einzelnen Satellitenpositionen
zu denen von Astra (19°)
gebildet. Die Differenz dieser Winkelabstände zwischen Daun und Dresden
kann jeweils der Delta-Spalte entnommen werden.
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Im
letzten Abschnitt der Tabelle ist nun die tatsächliche Ausrichtung der LNB
sowohl durch die Position der Brennpunkte (in kartesischen Koordinaten)
als auch durch ihren Winkel zur X-Achse beschrieben. Letzterer kann,
(wie auch der Winkel zur Y-Achse) genauso dem vorangegangenen Tabellenabschnitt
entnommen werden, in dem er als Mittelwert zwischen Daun und Dresden
aufgeführt
ist.