DE102013011651A1 - Antenna feed system in the microwave range for reflector antennas - Google Patents

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Abstract

Ein Antennen-Speisesystem im Mikrowellenbereich für Reflektorantennen, das für mindestens zwei Frequenzbereiche ausgelegt ist, weist mindestens zwei koaxial ineinander angeordnete Erreger-Hohlleiter (SH, RX) auf, die sowohl orthogonale H11-Wellen als auch eine TEM-Welle bilden, und ist mit Mittel (K1 ... K4, TS1, TS2, SG, PX) versehen, die aus der TEM-Welle ein Ablagesignal für die Antennennachführung erzeugen.An antenna feed system in the microwave range for reflector antennas, which is designed for at least two frequency ranges, has at least two coaxially arranged excitation waveguides (SH, RX), which form both orthogonal H11 waves and a TEM wave, and is with Means (K1 ... K4, TS1, TS2, SG, PX) are provided, which generate a storage signal for the antenna tracking from the TEM wave.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennen-Speisesysteme für Reflektorantennen im Mikrowellenbereich, die für mindestens zwei, vorzugsweise weit auseinander liegende Frequenzbereiche mit koaxialen Erregern ausgelegt sind.The present invention relates to an antenna feed system for reflector antennas in the microwave range, which are designed for at least two, preferably widely spaced frequency ranges with coaxial exciters.

Reflektorantennen für mehrere Frequenzbereiche sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden im Mikrowellenbereich ihre Anwendung, sowohl im terrestrischen Richtfunk, als auch im Funkverkehr mit geostationären und umlaufenden Erdsatelliten, sowie bei der Kommunikation und Überwachung von Weltraumsonden. Die Zuordnung der Frequenzbereiche für die diversen Dienste wird von der World Administrative Radio Conference (WARC) geregelt. Einen Sonderfall bilden Reflektorantennen für die Radioastronomie für Frequenzen von einigen hundert Megahertz bis hinauf in den Sub-Millimeterwellenbereich, wobei nur die Empfangsfunktion eine Rolle spielt.Reflective antennas for several frequency ranges are known from the prior art and are used in the microwave range, both in terrestrial radio relay, as well as in radio communication with geostationary and orbiting Earth satellites, as well as in the communication and monitoring of space probes. The allocation of frequency ranges for the various services is governed by the World Administrative Radio Conference (WARC). A special case is reflector antennas for radio astronomy for frequencies of a few hundred megahertz up to the sub-millimeter wave range, with only the reception function plays a role.

Reflektorantennen für die genannten kommerziellen Weltraumdienste haben Spiegeldurchmesser in der Regel von zwei- bis über dreißig Metern. Die Reflektorantennen sind bei Antennendurchmessern von über drei Metern in der überwiegenden Anzahl als Doppelreflektorantennen nach dem Cassegrain-, Gregory- oder Ringfokusprinzip mit der Speisung durch ein Erregerhorn aufgebaut. Ein Beispiel für eine solche Doppelreflektorantenne nach dem Ring-Fokus-Prinzip geht aus der US 6,211,834 hervor. Dieses Antennensystem ist für mehrere Frequenzbänder durch Wechsel des Erregers zusammen mit dem Subreflektor ausgelegt. Eine Speisung von Reflektorantennen mit Erregerhorn gibt es auch für kleinere Antennen, wobei die Speiseeinheit im Primärfokus des Antennenreflektors angeordnet ist.Reflector antennas for the commercial space services mentioned have mirror diameters usually from two to more than thirty meters. The reflector antennas are constructed with antenna diameters of over three meters in the vast majority as a double reflector antennas according to the Cassegrain, Gregory or Ringfokusprinzip with the feed through an exciter horn. An example of such a double-reflector antenna according to the ring-focus principle goes from the US 6,211,834 out. This antenna system is designed for several frequency bands by changing the exciter together with the sub-reflector. A supply of reflector antennas with exciter horn is also available for smaller antennas, wherein the feed unit is arranged in the primary focus of the antenna reflector.

Die Ausnutzung von mehreren Frequenzbereichen ist die Regel. Beispielsweise wird der 4 GHz Bereich für den Empfang und der 6,2 GHz bzw. der 6,7 GHz Bereich für die Sendefunktion genutzt. Ähnliches gilt auch für die Frequenzbereiche 11 GHz und 14 GHz, 12 GHz und 18 GHz, sowie 20 GHz und 30 GHz. Bei diesen Frequenzabständen kommen in der Regel breitbandige Erreger mit nachgeschalteten Komponenten zur Erzeugung der gewünschten Polarisation und der Aufspaltung in die Teilfrequenzbereiche für die Sende- und Empfangsfunktion zur Anwendung.The use of several frequency ranges is the rule. For example, the 4 GHz range for the reception and the 6.2 GHz or the 6.7 GHz range are used for the transmission function. The same applies to the frequency bands 11 GHz and 14 GHz, 12 GHz and 18 GHz, as well as 20 GHz and 30 GHz. At these frequency intervals broadband exciters with downstream components for generating the desired polarization and the splitting into the sub-frequency ranges for the transmit and receive function are usually used.

Übersteigen die höheren Frequenzen in erheblichem Maße die unteren Frequenzen, beispielsweise weit mehr als das Doppelte, so wird es immer schwieriger, mit reiner Hohlleitertechnik die Breitbandlösung mit klassischer Hohlleitertechnik zu realisieren.If the higher frequencies considerably exceed the lower frequencies, for example more than twice as much, then it becomes more and more difficult to realize the broadband solution with classical waveguide technology with pure waveguide technology.

In diesen Fällen haben sich sogenannte Koaxial-Erregersysteme durchgesetzt, bei denen im größeren Erreger für den tieferen Frequenzbereich ein koaxial angeordneter kleinerer Speisehohlleiter mit einem Erreger für den höheren Frequenzbereich ausgelegt ist. Das Prinzip der Koaxialerreger ist bekannt aus der Veröffentlichung der Institution of Electrical Engineers IEEE Press ISBN 07803 11159, Chapter 7.9 „Coaxial Waveguide Feeds„ von A. D. Olver .In these cases, so-called coaxial exciter systems have prevailed, in which a coaxially arranged smaller feed waveguide is designed with a pathogen for the higher frequency range in the larger exciter for the lower frequency range. The principle of the coaxial exciter is known from the Publication of the Institution of Electrical Engineers IEEE Press ISBN 07803 11159, Chapter 7.9 "Coaxial Waveguide Feeds" by AD Olver ,

Der Erreger für das höhere Frequenzband kann beispielsweise als dielektrischer Stielstrahler ausgebildet sein, der aus dem kleinen Speisehohlleiter herausragt. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft zur Ausleuchtung der Subreflektoren von Cassegrain-Reflektorsystemen, die eine gewisse Bündelung der primären Strahlungsdiagramme des Zweiband-Erregers erfordert. Bekannt ist ein solcher Erreger aus der oben zitierten Veröffentlichung der IEEE-Press.The exciter for the higher frequency band may be formed, for example, as a dielectric stem radiator, which protrudes from the small feed hollow conductor. This arrangement is very advantageous for illuminating the subreflectors of Cassegrain reflector systems, which requires some concentration of the primary radiation patterns of the dual band exciter. Such a pathogen is known from the above-cited publication of the IEEE Press.

Etwas andere Anordnungen werden zur Ausleuchtung von Gregory – Reflektorsystemen insbesondere in der Ausbildung als Ringfokusantennen gewählt. Bei diesen Antennen wird ein sehr breites Strahlungsdiagramm des Primärerregers erforderlich. Dies ist ein Vorteil für einen Koaxialerreger, da die Phasenzentren des äußeren und des koaxialen inneren Erregers sehr nahe an der Apertur der Erregereinheit liegt. Bei Koaxialerregern für Ringfokusantennen benötigen die Erreger nur eine sehr schwache Bündelung, so dass dielektrische Strahler nicht unbedingt erforderlich sind. Diese Eigenschaft erlaubt es auch, eine Erregereinheit für drei weit auseinander liegende Frequenzbänder zu realisieren. Als Beispiel sei hier das S-Band (2 GHz Bereich) als tiefstes Frequenzband, das X-Band (8 GHz Bereich) als nächst höheres Frequenzband und das K-Band (26 GHz Bereich) als höchstes Frequenzband genannt. Es ist also der Erreger für das X-Band koaxial im Erreger des S-Bandes und der Erreger für das K-Band wiederum koaxial zum ETreger des X-Bandes angeordnet. Ein derartiger Koaxialerreger ist z. B. aus dem Beitrag von Tercero, Perez, Lopez-Fdez im 7th IVS General Meeting „Launching the Next Generation IVS-Network”, Madrid, March 4–9, 2012 „S/X/Ka-Coaxial Feed fort he Tri-Band Receiver for RAEGE-Antennas” bekannt.Some other arrangements are chosen for illumination of Gregory reflector systems, especially in the training as ring focus antennas. These antennas require a very wide radiation pattern of the primary exciter. This is an advantage for a coaxial exciter as the phase centers of the outer and coaxial inner exciters are very close to the aperture of the exciter unit. In coaxial exciters for ring-focus antennas, the exciters require only a very weak bundling, so that dielectric emitters are not absolutely necessary. This feature also makes it possible to realize an excitation unit for three widely spaced frequency bands. As an example, let us mention the S band (2 GHz range) as the lowest frequency band, the X band (8 GHz range) as the next higher frequency band, and the K band (26 GHz range) as the highest frequency band. So it is the exciter for the X-band coaxial in the exciter of the S-band and the exciter for the K-band again coaxial with the ETreger of the X-band arranged. Such a coaxial exciter is z. B. from the contribution of Tercero, Perez, Lopez-Fdez in the 7th IVS General Meeting Launching Next Generation IVS Network, Madrid, March 4-9, 2012 "S / X / Ka Coaxial Feed on the Tri-Band Receiver for RAEGE-Antennas" known.

Zusätzlich zur Übertragung der Kommunikationssignale kann der innerste Erreger auch im Falle der Fehlausrichtung der Antenne höhere Wellentypen enthalten, die zur Gewinnung von Ablagekriterien für die Nachführung der Antenne im Speisenetzwerk ausgewertet werden können. Das Prinzip, höhere Wellentypen zur Gewinnung von Ablagesignalen für die Antennennachführung bei einfachen, das heißt bei keinen koaxialen Erregersystemen, zu nutzen, ist bekannt z. B. aus der US 4,630,059 . Diese Patentschrift beschreibt eine Anordnung, bei der eine höherer Wellentyp, hier die E01-Welle des Antennenerregers, aus dem Schlund des Erregers mittels eines Stiftes in eine TEM-Welle überführt wird und mittels eines Viertor-Netzwerkes für die Antennennachführung nutzbar gemacht wird. Der Grund für die Umwandlung der E01-Welle in eine TEM-Welle ist bei dieser Erfindung der zu kleine Querschnitt des dem Erregerschl und folgenden Hohlleiters, der eine E01-Welle nicht zulässt. Durch diese Erfindung gelingt es also, die Energie der E01-Welle über eine Wellentypwandlung dem Netzwerk zur Gewinnung des Ablagekriteriums dieses höheren Wellentyps zu erhalten.In addition to the transmission of the communication signals, the innermost exciter can also contain in the case of misalignment of the antenna higher wave types that can be evaluated to obtain storage criteria for tracking the antenna in the feed network. The principle, higher wave types for the production of Storage signals for the antenna tracking in simple, that is to use in no coaxial exciter systems, is known for. B. from the US 4,630,059 , This patent describes an arrangement in which a higher wave type, here the E01 wave of the antenna exciter, is transferred from the throat of the exciter by means of a pin into a TEM wave and made usable by means of a four-port network for the antenna tracking. The reason for the conversion of the E01 wave into a TEM wave in this invention is the too small cross section of the exciter line and following waveguide, which does not allow an E01 wave. By this invention, it is thus possible to obtain the energy of the E01 wave via a wave type conversion to the network for obtaining the storage criterion of this higher wave type.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft ein Antennen-Speisesystem im Mikrowellenbereich für Reflektorantennen, das für mindestens zwei Frequenzbereiche ausgelegt ist. Vorzugsweise liegen die Frequenzbereiche weit auseinander, z. B. ist der obere Frequenzbereich doppelt so hoch wie der untere Frequenzbereich. Das Antennen-Speisesystem weist mindestens zwei koaxial ineinander angeordneten Erreger-Hohlleiter auf, die sowohl orthogonale H11-Wellen als auch eine TEM-Welle bilden, und es sind Mitteln vorgesehen, die aus dem Strahlungsdiagramm der TEM-Welle ein Ablagesignal für die Antennennachführung erzeugen.The invention relates to an antenna feed system in the microwave range for reflector antennas, which is designed for at least two frequency ranges. Preferably, the frequency ranges are far apart, z. For example, the upper frequency range is twice as high as the lower frequency range. The antenna feed system has at least two excitation waveguides coaxial with each other forming both orthogonal H11 waves and a TEM wave, and means are provided for generating an antenna tracking storage signal from the TEM wave radiation pattern.

Die Nutzung des Strahlungsdiagramms der TEM-Welle bei koaxialen Erregersystemen zur Gewinnung von Ablagesignalen unterscheidet sich vom vorangehend zitierten Stand der Technik, der einen höheren Hohlleiterwellentyp für die Gewinnung eines Ablagesignals nutzt. Dagegen ist die TEM-Welle kein höherer Wellentyp; sie ist vielmehr eine L-Welle (Lecher-Welle), die keine Grenzfrequenz hat und daher keinen Hohlleiterwellentyp darstellt.The use of the radiation pattern of the TEM wave in coaxial excitation systems to obtain storage signals differs from the prior art cited above, which uses a higher waveguide wave type to obtain a storage signal. In contrast, the TEM wave is not a higher wave type; Rather, it is an L wave (Lecher wave) that has no cutoff frequency and therefore does not represent a waveguide wave type.

Die Nutzung des Strahlungsdiagramms der TEM-Welle zur Gewinnung eines Ablagekriteriums wird erfindungsgemäß auf ein koaxiales Zweiband-Speisesystem übertragen, wobei die TEM-Welle zwischen einem inneren und einem äußerem Erreger angeregt wird. Es kann darüber hinaus auch ein höherer Wellentyp, wie zum Beispiel die E01-Welle des inneren Erregers, der dem höchsten Frequenzband zugeordnet ist, als weiteres Ablagekriterium für die Antennennachführung genutzt werden. Diese Doppelfunktion ist vorteilhaft, da die TEM-Welle eines unteren Frequenzbandes ein breiteres Antennen-Strahlungsdiagramm mit Peileigenschaft hat als das Peildiagramm des innersten Erregers mit der Nutzung des höheren Wellentyps. In der Praxis dient dann eine TEM-Welle zur Grobausrichtung der Antenne und der höhere Wellentyp zur Feinausrichtung der Antenne mit höherer Peilschärfe. Erfindungsgemäß wird bei einem Antennen-Speisesystem mit koaxial zueinander angeordneten Erregern für mehr als zwei weit auseinander liegende Frequenzbänder (z. B die Frequenzbänder 2.025 GHz bis 2.3 GHz, sowie 8 GHz bis 8.5 GHz und 25.5 bis 27 GHz) die Möglichkeit genutzt, in einem koaxialen Speisesystem, u. U. auch mit mehr als zwei, zum Beispiel drei koaxialen Erregern, mindestens das Strahlungsdiagramm der TEM-Welle eines Frequenzbereichs zu nutzen und deren Signale zur Gewinnung von Ablagesignalen zu verwenden. Im genannten Ausführungsbeispiel ist es darüber hinaus möglich, im äußersten Koaxialerreger für den 2-GHz-Bereich eine TEM-Welle mit der Eigenschaft eines Ablagesignals zu nutzen, sowie das Strahlungsdiagramm einer weiteren TEM-Welle des nächst inneren Koaxialerregers für den 8-GHz-Bereich als weiteres Ablagekriterium zu nutzen. Auch hier könnte im zentralen Erreger für die höchsten Übertragungsfrequenzen, hier der 26-GHz-Bereich, wiederum ein höherer Wellentyp, beispielsweise die E01-Welle, für die Gewinnung von Ablagesignalen genutzt werden, aber mit höherer Peilschärfe.The use of the radiation pattern of the TEM wave to obtain a storage criterion is transferred according to the invention to a coaxial dual-band feed system, wherein the TEM wave is excited between an inner and an outer exciter. In addition, a higher wave type, such as the E01 wave of the internal exciter, which is assigned to the highest frequency band, can also be used as a further storage criterion for the antenna tracking. This dual function is advantageous because the TEM wave of a lower frequency band has a wider antenna beam pattern with a Peile property than the Peildiagramm of the innermost pathogen with the use of the higher wave type. In practice, a TEM wave is used for the coarse alignment of the antenna and the higher wave type for fine alignment of the antenna with higher sharpening sharpness. According to the invention, in an antenna feed system with coaxially arranged exciters for more than two widely spaced frequency bands (eg the frequency bands 2.025 GHz to 2.3 GHz, and 8 GHz to 8.5 GHz and 25.5 to 27 GHz) the possibility is used in one coaxial feed system, u. U. also with more than two, for example, three coaxial exciters, to use at least the radiation pattern of the TEM wave of a frequency range and to use their signals for the production of storage signals. In the aforementioned embodiment, it is also possible to use a TEM wave with the property of a storage signal in the outermost coaxial exciter for the 2 GHz range, as well as the radiation pattern of another TEM wave of the next inner coaxial exciter for the 8 GHz range to use as another filing criterion. Again, in the central exciter for the highest transmission frequencies, here the 26 GHz range, again a higher wave type, for example the E01 wave, could be used for the acquisition of storage signals, but with higher sharpening sharpness.

Gemäß Anspruch 1 wird also die Aufgabe gelöst, ein Speisesystem für Reflektorantennen anzugeben, das in der Lage ist, ein Ablagekriterium zu gewinnen, um eine Fehlausrichtung der Antenne zu korrigieren.According to claim 1, therefore, the object is achieved to provide a feed system for reflector antennas, which is able to gain a storage criterion in order to correct a misalignment of the antenna.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser in Anspruch 1 wiedergegebenen Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of this reproduced in claim 1 invention will become apparent from the dependent claims.

Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an embodiment

Am Beispiel eines Speisesystems für das S- und das X-Band für eine Cassegrain-Antenne wird nachfolgend die Erfindung beschrieben.Using the example of a feed system for the S and the X-band for a Cassegrain antenna, the invention will be described below.

Die 1 zeigt ein Speisesystem für zwei weit auseinander liegende Frequenzbänder im S-Band (2.025 GHz bis 2.3 GHz) und im X-Band (8 GHz bis 8.5 GHz) für rechts- und linksdrehende Zirkularpolarisation für eine Cassegrain-Reflektorantenne. Die Funktionalität einer Cassegrain-Antenne mit hyperbolischem Subreflektor (SR) ist nur als Beispiel zu sehen, denn die Fachwelt kennt noch andere Doppel-Reflektorantennenprinzipien, wie z. B. das Gregory- und das Ringfokusprinzip, die, weil bekannt, hier nicht gesondert beschrieben werden.The 1 shows a feed system for two widely spaced S band bands (2.025 GHz to 2.3 GHz) and X band (8 GHz to 8.5 GHz) for right and left circular polarization for a Cassegrain reflector antenna. The functionality of a Cassegrain antenna with hyperbolic Subreflector (SR) is to be seen only as an example, because the art knows other double reflector antenna principles, such. B. the Gregory and the Ringfokusprinzip, which, because known, will not be described separately here.

Innerhalb des üblicherweise in Ringrillentechnik ausgeführten Erregerhornes (SH) für das S-Band mit einem Polarisationswandler (PS) sowie mit einer doppelt symmetrischen Polarisationsweiche (DP) für das S-Band ist konzentrisch (koaxial) ein Rundhohlleiter (RX) für die Übertragung der Signale des X-Bandes angeordnet. Dieser Hohlleiter (RX) endet in dem sich zum Subreflektor (SR) der Cassegrain-Antenne öffnenden S-Band Erregerhorns (SH) in einem Erreger für das X-Band (EX), der sowohl ebenfalls ein sehr viel kleinerer Hornstrahler oder auch ein dielektrischen Stielstrahler sein kann. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass die Strahlungsdiagramme der Erregerkombination für das S- und X-Band weitgehend identische Keulen breiten und gleiche Quellpunkte (Phasenzentren) aufweisen.Within the ring-horn excitation horn (SH) usually used for the S-band with a polarization converter (PS) and with a double-symmetrical polarization splitter (DP) for the S-band, a circular waveguide (RX) is concentric (coaxial) for the transmission of the signals arranged the X-band. This waveguide (RX) terminates in the subreflector (SR) of the Cassegrain Antenna-opening S-band exciter horn (SH) in an exciter for the X-band (EX), which can also be either a much smaller horn or a dielectric Stielstrahler. With this arrangement, it is achieved that the radiation patterns of the exciter combination for the S and X band have largely identical lobes and identical source points (phase centers).

Bei exakt auf das Zielobjekt (z. B. Satellit) ausgerichteter Antenne trifft die Wellenfront völlig rotationssymmetrisch vom Subreflektor (SR) kommend in die Erregerkombination ein und regt im weiteren Verlauf über diverse Wellentypwandlungen im gerillten Erregerhorn (SH) zum Hornschlund hin die koaxialen H11-Wellen in den orthogonalen Polarisationen H11y und H11x an. Bei nicht optimal ausgerichteter Antenne ist die Wellenfront nicht mehr symmetrisch und es werden, abhängig von der Größe der Ablage, neben den orthogonalen H11-Wellen (Grundwellentypen) auch noch die koaxiale TEM-Welle (auch L-Welle genannt) angeregt, die sich zwischen der äußeren Begrenzung durch das S-Band Erregerhorn (SH) und dem inneren koaxial angeordneten Hohlleiter (RX) für das X-Band ausbreitet: Dies bedeutet, dass diese TEM-Welle als Ablagekriterium für die exakte Ausrichtung der Antenne genutzt werden kann.When the antenna is aimed precisely at the target object (eg satellite), the wavefront enters the pathogen combination in a completely rotationally symmetric manner from the subreflector (SR) and excites the coaxial H11 through various wave transformations in the grooved exciter horn (SH). Waves in the orthogonal polarizations H11y and H11x. In the case of a non-optimally oriented antenna, the wavefront is no longer symmetrical and, in addition to the orthogonal H11 waves (fundamental wave types), the coaxial TEM wave (also called the L wave) is excited, depending on the size of the tray the outer boundary by the S-band exciter horn (SH) and the inner coaxial waveguide (RX) for the X-band propagates: This means that this TEM wave can be used as a storage criterion for the exact alignment of the antenna.

Der Polarisationswandler (PS) für das untere Frequenzband ist zwischen dem Erregerhorn (SH) und einer doppelt symmetrischen Polarisationsweiche (DP) angeordnet. Diese definiert durch die Orientierung ihrer vier, jeweils paarweise am runden Erregerhorn (SH) gegenüber liegenden Koppelstrukturen (K1, K2 und K3, K4) zur Ankopplung der koaxialen H11-Wellen das orthogonale Referenzkoordinatensystem (x, y). Der Polarisationswandler (PS) hat unter 45° zu dem Orthogonalsystem (x, y) eine 90°-Phasen-Verzögerungsstruktur, die absolut symmetrisch im koaxialen Hohlleitersystem angeordnet sein muss (in der 1 ist diese 45°-Drehung nicht gezeichnet). Durch die Symmetrie wird verhindert, dass es eine Verkopplung zwischen den koaxialen H11-Hohlleiterwellen und der TEM-Welle gibt. Diese Verzögerungsstruktur kann unterschiedlich ausgebildet sein, z. B. in Form von dielektrischen oder auch metallischen Stiften im Abstand von etwa jeweils einer viertel Wellenlänge. Stifte haben gegenüber anderen Anordnungen den Vorteil, dass sie mit entsprechenden Gewinden versehen, eine sehr gute Möglichkeit zum Abgleich der elektrischen Eigenschaften bieten und auch sehr einfach zu realisieren sind. Die symmetrisch gegenüberliegenden Koppelelemente (K1 ... K4) für die beiden Orientierungen der koaxialen H11-Wellen – Koppelmittel (K1, K2) für H11y und Koppelmittel K3, K4 für H11x – erzeugen jeweils Signale mit gleicher Amplitude, aber mit 180° Phasenunterschied. Alle Koppelelemente (K1 ... K4) sind auch mit der TEM-Welle des koaxialen Wellenleitersystems verkoppelt.The polarization converter (PS) for the lower frequency band is arranged between the excitation horn (SH) and a double-symmetrical polarization splitter (DP). This defines by the orientation of their four, in pairs on the circular excitation horn (SH) opposite coupling structures (K1, K2 and K3, K4) for coupling the coaxial H11 waves, the orthogonal reference coordinate system (x, y). The polarization converter (PS) has a 90 ° phase retardation structure below 45 ° to the orthogonal system (x, y), which must be arranged absolutely symmetrically in the coaxial waveguide system (in the US Pat 1 this 45 ° rotation is not drawn). The symmetry prevents coupling between the coaxial H11 waveguide waves and the TEM wave. This delay structure can be designed differently, for. B. in the form of dielectric or metallic pins at a distance of approximately one quarter wavelength. Pins have the advantage over other arrangements that they are provided with corresponding threads, provide a very good opportunity for balancing the electrical properties and are also very easy to implement. The symmetrically opposite coupling elements (K1... K4) for the two orientations of the coaxial H11-wave coupling means (K1, K2) for H11y and coupling means K3, K4 for H11x respectively generate signals with the same amplitude but with 180 ° phase difference. All coupling elements (K1 ... K4) are also coupled to the TEM wave of the coaxial waveguide system.

Allerdings liefern alle vier Koppelelemente (K1 ... K4) Signale von der TEM-Welle mit gleicher Amplitude und mit gleicher Phase. Die Signaltrennung zwischen den Signalen der beiden H11-Wellen und der TEM-Welle geschieht nun in zwei Viertor-Hybridschaltungen, z. B. in der Ausführung als so genannte Magische T's (TS1, TS2), deren Funktion dem Fachmann bekannt ist. An den Differenztoren der Magischen T's (TS1, TS2) werden die Signalanteile der H11-Wellen und an den Summentoren die Signalanteile der TEM-Welle summiert. Die beiden Summensignale der beiden Magischen T's (TS1, TS2) werden nochmals mit einem Summierglied (SG) zusammengeführt, so dass an dessen Ausgang das Ablagesignal (AS), auch Peilsignal genannt, für die Antennenausrichtung verfügbar ist.However, all four coupling elements (K1 ... K4) deliver signals from the TEM wave with the same amplitude and with the same phase. The signal separation between the signals of the two H11 waves and the TEM wave now happens in two four-port hybrid circuits, z. B. in the execution as so-called magic T's (TS1, TS2), whose function is known in the art. At the difference gates of the magic T's (TS1, TS2) the signal components of the H11-waves and at the sum-gates the signal components of the TEM-wave are summed. The two sum signals of the two magic T's (TS1, TS2) are again combined with a summing element (SG), so that at the output of the storage signal (AS), also called DF signal, is available for the antenna alignment.

Die doppelt symmetrische Polarisationsweiche (DP) erfüllt demnach auch noch die Funktion eines Modenkopplers. Die Tore für die Energieanteile der H11y und der H11x Welle sind auch die Tore für die rechts- und linksdrehende Zirkularpolarisation.The double symmetrical polarization splitter (DP) also fulfills the function of a mode coupler. The gates for the energy components of the H11y and the H11x wave are also the gates for the clockwise and counterclockwise circular polarization.

Der zentrale Erreger-Hohlleiter (RX) für das X-Band ist in einem wählbaren Abschnitt mit einem Polarisationswandler (WX) versehen und wird zentral durch die doppelt symmetrische Polarisationsweiche (DP) hindurchgeführt, wobei der ringförmige Abschlussboden der Polarisationsweiche (DP) leitend mit dem runden Erreger-Hohlleiter (RX) kontaktiert ist. Diese Kontaktierung erfolgt vorzugsweise mit umlaufenden Fiederkontakten (FK), die ein Justieren oder ein Herausziehen des Erreger-Hohlleiters (RX) ermöglichen. Die Polarisationswandlung kann im Polarisationswandler (WX) beispielsweise mit einem dielektrischen Plättchen erzeugt werden.The central excitation waveguide (RX) for the X-band is provided in a selectable section with a polarization converter (WX) and is centrally passed through the double-symmetrical polarization splitter (DP), wherein the annular bottom of the closure of the polarization splitter (DP) conductive with the round exciter waveguide (RX) is contacted. This contacting is preferably carried out with circumferential Fiederkontakten (FK), which allow adjustment or extraction of the exciter waveguide (RX). The polarization conversion can be generated in the polarization converter (WX), for example with a dielectric plate.

Der Erreger-Hohlleiter (RX) ist am Ende mit einer Polarisationsweiche (PX) für das höchste Frequenzband (im vorliegenden Beispiel das X-Band) abgeschlossen, die dann an ihren beiden Toren den Zugang zur rechts- und linksdrehenden Zirkularpolarisation bereitstellt. Diese Polarisationsweiche (PX) kann aber auch mit einem sogenannten Modenkoppler kombiniert sein, der dann den Zugriff auf die E01-Welle des inneren Erreger-Hohlleiters (RX) ermöglicht. Die aus der E01-Welle empfangenen Signale haben wiederum Peilsignalcharakter und liefern wegen der sehr viel engeren Keulenbreite der Antenne im X-Band ein sehr scharfes Ablagekriterium für die Antennennachführung.The excitation waveguide (RX) is terminated at the end with a polarization splitter (PX) for the highest frequency band (in the present example, the X-band), which then provides access to right and left-handed circular polarization at its two gates. However, this polarization switch (PX) can also be combined with a so-called mode coupler, which then allows access to the E01 wave of the inner exciter waveguide (RX). The signals received from the E01 wave again have a directional signal character and provide a very sharp storage criterion for the antenna tracking because of the much narrower lobe width of the antenna in the X-band.

Mit diesem Speisesystem ist es also möglich, sowohl im S-Band eine Antennennachführung mit relativ großem Fangbereich und noch eine zweite Nachführfunktion mit sehr hoher Genauigkeit, das heißt mit großer Peilschärfe, aber geringerem Fangbereich zu realisieren. Die Nutzung der E01-Welle erfordert einen übermodierten Erreger-Hohlleiter (RX), der dann zur Vermeidung von Verkopplungen zwischen den H11-Wellen und der E01-Welle symmetrisch hinsichtlich seiner Auskoppelstrukturen in der Polarisationsweiche (PX) realisiert werden muss. Allerdings kann bei Verwendung von sogenannten H-Ebenen-Vierfach-Verzweigungen (im eng. Sprachgebrauch „H-Plane Turnstyle Junction” genannt) auf ein eigenes Netzwerk zur Gewinnung des Signals der E01-Welle verzichtet werden, indem der Zugang zur E01-Welle mit einem einfache koaxialen Koppelstift in der Achse der Polarisationsweiche an deren Ende bewerkstelligt wird. Die Verzweigungen in der H-Ebene koppeln nur die Signalanteile der H11-Wellen aus, so dass die E01-Welle bis zur Endplatte der Polarisationsweiche (PX) laufen kann, wo dann ihr Signal mit genanntem Koppelstift entnommen werden kann. Die Zuordnung aller Signalzugänge der (H11)y- und (H11)x Wellen zu den Polarisationsarten rechtsdrehend oder linksdrehend kann frei durch die Drehung der Phasenstrukturen um plus 45° oder minus 45° in den Polarisationswandlern (PS) und (WX) frei gewählt werden.With this feed system, it is thus possible to realize both an S-band antenna tracking with a relatively large capture range and even a second tracking function with very high accuracy, that is, with high sharpening, but lower capture range. The use of the E01 wave requires an overmoded excitation waveguide (RX), which is then used to avoid coupling between the H11 waves and the E01 wave must be realized symmetrically with respect to its coupling-out structures in the polarization splitter (PX). However, when using so-called H-level quad branches (in narrow-language usage called "H-Plane Turnstyle Junction") can be dispensed with a separate network to obtain the signal of the E01 wave by accessing the E01 wave with a simple coaxial coupling pin in the axis of the polarization diverter is accomplished at the end. The branches in the H-plane only couple the signal components of the H11-waves, so that the E01-wave can run to the end plate of the polarization switch (PX), where its signal can be taken with the mentioned coupling pin. The assignment of all signal inputs of the (H11) y and (H11) x waves to the polarization modes right-handed or left-handed can be freely selected by rotation of the phase structures by plus 45 ° or minus 45 ° in the polarization transformers (PS) and (WX) ,

Alle Tore, die den H11-Wellen der verschiedenen Frequenzbereiche und damit auch den unterschiedlichen Drehrichtungen der Zirkularpolarisationen zugeordnet sind, werden in der Praxis je nach Einsatz der Antenne fallweise mit zusätzlichen Frequenzweichen ausgerüstet, die eine Aufspaltung der Frequenzbänder in Teilbereiche für eine Empfangsfunktion (Abwärtsstrecke der Sattelitenkommunikation) und eine Sendefunktion (Aufwärtsstrecke der Satellitenkommunikation) erlauben.All gates, which are assigned to the H11 waves of the different frequency ranges and thus also the different directions of rotation of the circular polarizations are in practice, depending on the use of the antenna occasionally equipped with additional crossovers, which splits the frequency bands into sections for a reception function (downlink of the Satellite communication) and a transmission function (uplink of the satellite communication).

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  • Tercero, Perez, Lopez-Fdez im 7th IVS General Meeting „Launching the Next Generation IVS-Network”, Madrid, March 4–9, 2012 „S/X/Ka-Coaxial Feed fort he Tri-Band Receiver for RAEGE-Antennas” [0008] Tercero, Perez, Lopez-Fdez in the 7th IVS General Meeting Launching Next Generation IVS Network, Madrid, March 4-9, 2012 "S / X / Ka Coaxial Feed on the Tri-Band Receiver for RAEGE-Antennas" [0008]

Claims (13)

Antennen-Speisesystem im Mikrowellenbereich für Reflektorantennen, das für mindestens zwei Frequenzbereiche ausgelegt ist, mit mindestens zwei koaxial ineinander angeordneten Erreger-Hohlleitern (SH, RX), die sowohl orthogonale H11-Wellen als auch eine TEM-Welle bilden, und mit Mitteln (K1 ... K4, TS1, TS2, SG, PX), die aus der TEM-Welle ein Ablagesignal für die Antennennachführung erzeugen.Antenna feed system in the microwave range for reflector antennas, which is designed for at least two frequency ranges, with at least two coaxially arranged exciter waveguides (SH, RX), which form both orthogonal H11 waves and a TEM wave, and means (K1 ... K4, TS1, TS2, SG, PX), which generate from the TEM wave a storage signal for the antenna tracking. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinnung des Ablagesignals aus der TEM-Welle und die Signale der orthogonalen H11-Wellen in einer doppelt symmetrischen Polarisationsweiche (DP) mit insgesamt vier gleichartigen Koppelstrukturen (K1 ... K4) und paarweise den gegenüberliegenden Koppelstrukturen (K1 ... K2) zugeordneten Viertor-Hybridschaltungen (TS1, TS2) mit je einem Summentor und einem Differenztor erfolgt, wobei der Erreger-Hohlleiter (RX) eines Frequenzbereichs durch eine ringförmige Endplatte der Polarisationsweiche (DP) hindurch geführt ist und der Erreger-Hohlleiter (SH) des nächst höheren Frequenzbereichs mit dieser Endplatte der Polarisationsweiche (DP) – vorzugsweise über Fiederkontakte – leitend verbunden ist.Antenna feed system according to claim 1, characterized in that the recovery of the storage signal from the TEM wave and the signals of the orthogonal H11 waves in a double-symmetrical polarization weir (DP) with a total of four identical coupling structures (K1 ... K4) and in pairs The four-gate hybrid circuits (TS1, TS2) assigned to the opposite coupling structures (K1 ... K2) are each provided with one summation gate and one differential gate, wherein the excitation waveguide (RX) of a frequency range is passed through an annular end plate of the polarization splitter (DP) and the excitation waveguide (SH) of the next higher frequency range is conductively connected to this end plate of the polarization diverter (DP), preferably via fied contacts. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Koppelstrukturen (K1 ... K2) der doppelt symmetrischen Polarisationsweiche (DP) als koaxiale Stifteinkopplungen ausgeführt sind, die über koaxiale Verbindungsleitungen und weitere Stifteinkopplungen mit insgesamt zwei Viertor-Hybridschaltungen (TS1, TS2) – vorzugsweise Magische T's – verbunden sind.Antenna feed system according to claim 2, characterized in that the four coupling structures (K1 ... K2) of the double-symmetrical polarization splitter (DP) are designed as coaxial pin couplings, which are connected via coaxial connecting lines and further pin couplings with a total of two four-port hybrid circuits (TS1, TS2) - preferably magic T's - are connected. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Koppelstrukturen (K1 ... K2) der doppelt symmetrischen Polarisationsweiche (DP) als Hohlleiteröffnungen in der E-Ebene der erregenden Wellen des Erreger-Hohlleiters (SH) ausgeführt sind und paarweise symmetrisch über Hohlleiter mit den symmetrischen Toren von zwei Viertor-Hybridschaltungen (TS1, TS2) – vorzugsweise Magische T's – in Hohlleitertechnik verbunden sind.Antenna feed system according to claim 2, characterized in that the four coupling structures (K1 ... K2) of the double-balanced polarization switch (DP) are designed as waveguide openings in the E plane of the exciting waves of the excitation waveguide (SH) and in pairs symmetrically via waveguides with the symmetrical gates of two four-port hybrid circuits (TS1, TS2) - preferably magic T's - connected in waveguide technology. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 1- bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzung der Signale der TEM-Welle an dem Summentor der beiden Viertor-Hybridschaltungen (TS1, TS2) – vorzugsweise Magische T's – erfolgt, die zur Gewinnung des vollen Signalpegels des Ablagesignals elektrisch symmetrisch mit einem weiteren Summierglied (SG) verbunden sind.Antenna feed system according to claim 1 to 4, characterized in that the use of the signals of the TEM wave at the Summentor of the two four-port hybrid circuits (TS1, TS2) - preferably Magical T's - takes place to obtain the full signal level of the storage signal are electrically symmetrically connected to another summing (SG). Antennen-Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innerste Erreger-Hohlleiter (RX) für den höchsten Frequenzbereich übermodiert ist und die bei Fehlausrichtung der Antenne im Erreger angeregte E01-Welle im Speisenetzwerk zur Gewinnung eines weiteren Ablagesignals für die Antennennachführung in einer Polarisationsweiche mit einer Koppelstruktur für die E01-Welle ausnutzt.Antenna feed system according to claim 1, characterized in that the innermost excitation waveguide (RX) is overmoded for the highest frequency range and the excited in misalignment of the antenna in the exciter E01 wave in the feed network to obtain a further storage signal for antenna tracking in a polarization exploited with a coupling structure for the E01 wave. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innerste Erreger-Hohlleiter (RX) mit einem Erreger für die das höchste Frequenzband zur Strahlbündelung versehen ist, vorzugsweise einem dielektrischen Stielstrahler (EX).Antenna feed system according to claim 1, characterized in that the innermost excitation waveguide (RX) is provided with an exciter for which the highest frequency band for beam focusing, preferably a dielectric stem radiator (EX). Antennen-Speisesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger-Hohlleiter (RX, SH) für alle Frequenzbereiche mit symmetrischen angeordneten Phasenschiebern (PS, WX) als Polarisationswandler zur Erzeugung einer Zirkularpolarisation versehen sind.Antenna feed system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the exciter waveguides (RX, SH) are provided for all frequency ranges with symmetrically arranged phase shifters (PS, WX) as a polarization converter for generating a circular polarization. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationswandler (PS) für die tieferen von mehreren Frequenzbereiche durch symmetrisch angeordnete Stifte aus Metall oder Dielektrika unter 45° zu den Hauptebenen und im Abstand von etwa dem Viertel der Wellenlänge und vorzugsweise mit der Möglichkeit des Abgleichs ausgebildet sind.An antenna feed system according to claim 8, characterized in that the polarization transducers (PS) for the lower of several frequency ranges by symmetrically arranged pins of metal or dielectrics at 45 ° to the major planes and at a distance of about quarter of the wavelength, and preferably with the possibility of the adjustment are formed. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsweiche (PX) für das höchste Frequenzband als symmetrische Vierfachverzweigung in H-Ebenentechnik (H-Plane Turnstyle Junction) ausgeführt ist, und dass ein zentrischer Koppelstift am Ende der Polarisationsweiche vorgesehen ist, um die E01-Welle zur Gewinnung eines Ablagesignals für die Antennennachführung anzukoppeln.Antenna feed system according to claim 6, characterized in that the polarization splitter (PX) for the highest frequency band is designed as symmetrical quadruple branching in H-plane technology (H-plane turnstyle junction), and in that a centric coupling pin is provided at the end of the polarization splitter to couple the E01 wave to obtain a storage signal for the antenna tracking. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxialen Erreger-Hohlleiter (SH, RX) zwischen dem höchsten und dem tiefsten von mindestens zwei Frequenzbereichen mit doppelt symmetrischen Polarisationsweichen abgeschlossen sind und in koaxialen Strahlern in Richtung des Subreflektors enden.Antenna feed system according to claim 1, characterized in that the coaxial excitation waveguides (SH, RX) are terminated between the highest and the lowest of at least two frequency ranges with double symmetrical polarization points and end in coaxial radiators in the direction of the subreflector. Antennen-Speisesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den doppelt symmetrischen Polarisationsweichen auch wählbar die Signale der TEM-Wellen zur Gewinnung von Ablagesignalen für die Antennennachführung gewonnen werden.Antenna feed system according to claim 11, characterized in that the signals of the TEM waves for obtaining storage signals for the antenna tracking can be obtained at the double-symmetrical polarization switches also selectable. Antennen-Speisesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Toren, die den H11-Wellen zugeordnet sind, je nach Anwendung Frequenzweichen zur Realisierung einer Sende- und Empfangsfunktion angeordnet sind.Antenna feed system according to one of the preceding claims, characterized in that at the gates, which are assigned to the H11 waves, depending on the application crossovers for implementing a transmitting and receiving function are arranged.
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