1 Grundsätzliche Beschreibung und Erklärung Anlage
2:
Die Erfindung betrifft eine tragbare,
mobile und/oder fest zu installierende Satellitenempfangsantenne,
die für
den mobilen und richtungsunabhängigen
und nahezu drehungs- und bewegungsunabhängigen Empfang von Satellitensignalen
geeignet ist. Diese neue Art von Antennenkonstruktion mit gesonderten
Teilen ist zum mobilen und beweglichen „schüsselfreien" Empfang von Satellitensignalen
in unterschiedlichen Frequenzbändern
konzipiert und daher insbesondere für den Satellitenempfang zum Einsatz
auf Schiffen und anderen nautischen nicht stationären, aber
beweglichen Orten geeignet.
Alle bisherigen Satellitenempfangsantennen unterscheiden
sich im wesentlichen zu der hier beschriebenen und schätzenswerten
Erfindung dadurch, dass sie entweder durch den gerichteten Antennengewinn
Satellitensignale bündeln
und daher durch die hohe Richtwirkung durch die Bündelung der
Empfangssignale, genau auf den jeweiligen (Sender) – hier Satelliten – eingestellt
und ausgerichtet werden müssen,
oder durch vollkommen andere Techniken und Antennenarten, wie z.B.
beim Empfang von GPS (Global Position System). Im wesentlichen wird
gerade z.B. beim GPS System auch nur mit viel höheren Sendeleistungen der Satelliten
und mit gleich mehreren Satellitensystemen (Sendern) von mehreren
Seiten mit Datenübertragungen
und s.g. Codes für
die GPS Empfangsantennen gearbeitet, damit die GPS Antennen das
Satelliten Signal auswerten und empfangen können.
Diese GPS Systeme (wie die, die für die Verwendung
in KFZ, Personen und Lastwägen
konzipiert sind) können
verwendet werden, um eine Funkverbindung für verschiedene elektronische
Systeme herzustellen, die verschiedene Funktionen bieten, wie den
schüsselfreien
Zugang zum Fahrzeug zur Fern- und Entriegelung des Fahrzeugs ebenso
wie zum Einschalten von Lampen und evtl. sogar zum Ein- und Ausschalten
des Motors etc. Aber das GPS System bietet auch in der Hauptsache
eine Ermittlung des aktuellen Standorts des Fahrzeugs, des Schiffes
etc.
Das GPS System ist zwar ebenfalls
mobil, jedoch unterscheiden sich hier durch die o.g. Anwendungsgebiete
und die o.g. Anwendungsweise im Zusammenhang mit den Satellitensystemen
die Antennen und die Antennenarten wesentlich von der hier im weiteren
schätzenswerten
Antennenneuentwicklung.
Auch wenn also das GPS System auch
ein mobiles Satellitensystem ist und ebenfalls mit dem schüsselfreien
Satellitenempfang arbeitet, so ist jede Antenne für dieses
System in keiner Weise vergleichbar mit der hier beschriebenen Erfindung
und arbeitet insbesondere nur im Frequenzbereich 1,2–1,6 Gigahertz
(GHz) und ist nur für
die Übertragung
von Positionsdaten geeignet.
Die neue Satellitenempfangsantenne
ist dagegen für
die Übertragung
von beliebigen Informationen insbesondere auch Audio und Videodaten
geeignet und arbeitet im Satellitenfrequenzbereich von 1–12 GHz
und wird konstruktionsbedingt nur durch die Veränderung der Maße, Flächen und
Abstände der
Elemente und der Empfängerteile
sowie der verstärkenden
Teile entsprechend auf die jeweilige Frequenz genau abgestimmt,
damit der höchste
gewünschte
Antennengewinn durch genauen Abgleich der Teile und Elemente untereinander
innerhalb der immer gleichen Gesamtkonstruktion erreicht wird.
Die hier beschriebene Antenne ist
in der Lage zirkulare und lineare, vertikale und horizontale sowie
rechtsdrehende und linksdrehende digitale und analoge Satellitensendesignale
zu empfangen.
Für
diese Satellitenantenne müssen
auch nicht unbedingt mehrere Satelliten für den Empfang über die
Antenne senden, es genügt
ein einziger Satellit, der seine Signale auf dem entsprechenden
Frequenzband auf dem die Antenne abgestimmt ist sendet.
Sie arbeitet mit derart hohen Antennengewinnen,
dass sie erstmals auch den Empfang von kommerziellen und allgemeinen
Empfang für
die breite Öffentlichkeit
von Radio- und Fernseh- sowie Datensendesignalen im o.g. Frequenzbereich
zwischen 1–12
GHz einwandfrei und ohne jeden Satellitenspiegel nicht nur stationär und fest
montiert, sondern auch mobil und beweglich ohne jede Ausrichtung
zum Satelliten 360° in
der horizontalen Ebene und bis zu 60° in den vertikalen Ebenen – auch bei starker
Bewegung – störungsfrei,
ermöglicht.
Zusätzlich können auch unter Ausnutzung verschiedener
Vorteile verschiedene Arten von integrierten Schaltungen nachgeschaltet
werden, indem elektrische Komponenten auf einem dielektrischen Substrat
montiert bzw. speziell abgestimmte ferngespeiste Antennenverstärker zusätzlich nachgeschaltet
werden können,
um die Antennensignale der Autosatellitenantenne zusätzlich zu
verstärken
und zu optimieren.
Durch die neue Form und Konstruktion
der Satellitenantenne wird ermöglicht,
dass jedes Schiff – ob
vor Anker oder in voller Fahrt, ob bei leichtem oder schwerem See-
und Wellengang, ob Motorboot oder Segelboot – die Satellitensignale im
Frequenzbereich zwischen 1–12
GHz und insbesondere kommerzielle Satelliten Radio- und Fernsehsignale
empfangen kann.
Dabei ist keinerlei Ausrichten zum
Satelliten notwendig. Der Empfang ist selbst bei Neigungen des Schiffes
von theoretischen 60° (ein
Schiff geht bei einer Neigung von mehr als 45° unter) und Drehungen in jeder
Richtung, also 360°,
störungsfrei möglich. Zusätzlich ist
die Antenne auch gegen kleinere und stärkere Bewegungen in allen Bewegungsrichtungen
unempfindlich.
Aufgrund der Konstruktion ist die
Satellitenantenne insbesondere für
den Empfang auf dem Schiff geeignet. Eine feste Montage kann an
beliebigen Orten stattfinden. Der Satelliten-Empfang ist jedoch
sogar ohne feste Montage möglich.
Die Antenne ermöglicht
daher auch, dass z.B. selbst bei stärksten Unwettern auf hoher
See ein einwandfreier Satellitenempfang im Frequenzbereich von 1–12 GHz
ob kommerziell oder unkommerziell möglich ist.
Die Antenne arbeitet anders als die
bekannten Satellitenspiegel nicht mit der Bündelung der Spiegelung der
Signale durch eine Parabolantenne in einem Brennpunkt, sondern nutzt
durch ihre Konstruktion in einer speziellen Reflektionsausnutzung und
durch die Schwerkraftwirkung die empfangbaren Signale so aus, dass
es ein richtungs-, drehungs- und bewegungsunempfindlicher Rundumempfangswirkung
möglich
ist, ohne zusätzliche
Voraussetzungen (außer
einer theoretischen freien Sicht zum Satelliten).
Bei der stationären und bekannten Satellitenschüssel wird
die Reflektion dafür
ausgenutzt, um die Signale an einem einzigen, fest montierten Ort
zu bündeln
und sie so zu empfangen. Im Gegensatz dazu dient die Reflektionsfläche bei
dieser Antenne gerade nicht zur Bündelung der Signale an einem
bestimmten Ort, sondern zur Reflektion der Signale in alle Richtungen,
um so zusammen mit den frei aufgehängten Empfangselementen einen
richtungsunabhängigen
und bewegungsunabhängigen
Empfang zu ermöglichen.
Die Größe der Antenne unterscheidet
sich auch wesentlich in der Größe und Beschaffenheit
von den herkömmlichen
s.g. Parabolantennen. Die kompakte und einfache Bauform ermöglicht eine
Baugröße, wie
sie bisher nicht beim kommerziellen Satelliten- Radio- und Fernsehempfang
bekannt ist. So muss z.B. die Baugröße bzgl. der leitenden Fläche unter
den noch kleineren Empfangselementen im Frequenzbereich 1–12 GHz
im Durchmesser nur noch 25–5
cm groß sein.
Während
bei den bisher bekannten s.g. Parabolantennen die Antennengewinne
insbesondere nur durch höheren
Durchmesser einer Parabolantenne erreicht werden können, wirkt
bei der hier beschriebenen Antennenform die leitende Fläche unterhalb
der Empfangselemente nur noch unterstützend für die Rundumempfangsmöglichkeit
und als Gegengewicht der Antenne.
Der steigende Antennengewinn der
hier beschriebenen Satellitenantenne hängt nicht vom Durchmesser der
leitenden Fläche
die sich unterhalb der Empfangselemente befindet ab, sondern von
den wesentlich kleineren Empfangselementen (je nach Frequenz innerhalb
1–12 GHz
nur 4 mm bis 150 mm) und deren genaue Abstimmung auf die gewünschte Frequenz
selbst ab.
2 Die Skizzierte und hier
als Beispiel errechnete und aufgezeigte Antennengröße und Bauart
Anlage 3:
Die in den beigelegten Skizzen beschriebene
Größe und die
dazugehörigen
Maße und
Bauelemente bei dieser Satellitenantenne, sind egal ob beim Empfang
von Signalen im Frequenzbereich ab 1 GHz oder bis 12 GHz oder dazwischen
im wesentlichen immer vollkommen gleich und unterscheiden sich nur
in der genauen Abstimmung durch Größe und Maße zur Erreichung des höchsten Antennengewinns
für die
entsprechende Frequenz.
Die beigefügten Skizzen zeigen z.B. die
optimale Abstimmung für
den Frequenzbereich von etwa 1,4–1,5 GHz auf, in dem z.B. auch
kommerzielle Wetterdienste mit Audio-, Video- und Datenkanälen bereits
senden. In der hier dargestellten Form ist für den Empfang der ja schon
vorhandenen Satellitensignale kein Parabolspiegel mehr notwendig
und der Antennengewinn ist derart hoch, dass ohne jede Ausrichtung
der Antenne zum Satelliten ein einwandfreier Satellitenempfang bei
bis zu 60° Neigung in
jede Richtung (ausgehend von der Senkrechten im Lot) und 360° Drehung
in der horizontalen Ebene absolut gewährleistet ist, wenn theoretischer
freier Sichtkontakt zum Satelliten besteht.
Der Empfang geht dabei im o.g. Rahmen auch
dann nicht verloren, wenn die Antenne innerhalb der o.g. Positionen
während
des Empfangs – auch
ständig – bewegt
wird.
Die entsprechend gleiche Bauform
nur mit veränderten
Maßen
und Abständen
abgestimmte Antenne wirkt und empfängt aber eben in jedem Satellitenfrequenzbereich
zwischen 1–12
GHz in gleicher Weise und Güte.
1 Zeigt
die Draufsicht auf die Antenne und die im Inneren eingebauten schwebenden
Empfangselemente sowie die Aufhängung
und Lagerung der Elemente an dem schwingenden Anker im Gehäuseinneren,
so dass der Anker samt Antennenelemente in jede Richtung frei schwingen
kann.
2 Zeigt
die Seitenansicht grob.
3a) Veranschaulicht
alle Maße,
abgestimmt im Beispiel auf den Frequenzbereich 1,4–1,5 GHz,
sowie die gesamte Konstruktion und den gesamten Aufbau im Gehäuseinneren
in der Seitenansicht, die auch die Neigung und Pendelbewegung bei verschiedenen
Wellen/Richtungen zeigt. (Im vorliegenden Beispiel wurde ein Gehäuse in Linsenform als
Beispiel gewählt.
Es ist jedoch jede andere beliebige Gehäuseform umsetzbar). Die Antennenelemente
hängen
an einer frei schwingenden Pendelaufhängung. Dieses Pendel richtet
sich aufgrund der mittigen Schwerkraft immer automatisch nach jeder Pendelbewegung
auf die Senkrechte Achse Y ein. Dies gilt insbesondere auch dann,
wenn sich das am Schiff und damit das Gehäuse der Antenne sowie die unterste
leitende Fläche
(c) unter den Elementen (a) und (b) im Gehäuse zusammen mit dem Boot in
den Achsen X und Z je nach Wellengang bewegen. Das Pendel mit den
Antennenelementen (a) und (b) richtet sich auch hierbei stets in
die Achse Y ein. Die Antennenelemente sind so beschaffen, dass sich
die Pendelbewegung bis zur Achse Y nicht auf den Empfang störend auswirkt,
da Pendelbewegungen von etwa 10° weg
von der Achse Y keinerlei Störungen oder
Ausfälle
verursachen. Außerdem
sind die Elemente so beschaffen, dass die Achse Y des Pendels mit
den Elementen (a) und (b) im Zusammenwirken mit (c) für den Empfang
der im Orbit befindlichen Satelliten auch dann ausreicht, wenn die
Position des Satelliten im Orbit nur etwa 10° Einfallswinkel des Beam (ausgehend
von der horizontalen Ebene) am Boden als Einfallswinkel erlaubt.
Je höher
ein Satellit aber natürlich
mit dem Beam im Winkel vom Horizont aus am Boden einfällt, je
besser wird der Grad der Empfangsleistung von der hier beschriebenen
Satellitenantenne. Selbstverständlich
wird der höchste Grad
der Empfangsleistung bei der hier beschriebenen Satellitenantenne
erreicht, wenn der Satellit z.B. direkt am Himmel senkrecht, also
zur Achse Y im Orbit steht und auf die Erde mit dem Beam abstrahlt. Die
hier beschriebene Antenne arbeitet aber bereits mit Satellitensignalen,
die bei nur 10° ausgehend vom
Horizont auf der Erde am Himmel stehen und die Signale entsprechend „flach"
einfallen. Nachdem bereits höhere
Wellen oder andere Hindernisse einen Empfang von Satelliten und
10° vom
Horizont aus so gut wie unmöglich
machen und dies auch nicht mit anderen Antennen möglich ist,
weil der Satellit zu 95% ohnehin von Hindernissen „abgedeckt"
ist und daher kein theoretischer Sichtkontakt mehr zwischen Empfangsantenne
und Satellit besteht, kann hier auch ausgesagt werden, dass mit
der hier beschriebenen Antenne alle im Orbit theoretisch sichtbaren Satellitensignale
empfangen werden können,
die im Frequenzspektrum zwischen 1–12 GHz zur Erde senden. Die
Ausnahme bilden hier lediglich die Satellitensignale, die eine mindest
Parabolspiegelgröße der gängigen Parabolspiegelantennen
wie sie z.B. für
Astra etc verwendet werden und mindestens 1,80 Meter bei normalen
Wetterverhältnissen
notwendig machen würden
und entsprechend schwach sind, um ein auswertbare Signalstärke mit
der Antenne für
den Empfänger
zu erreichen. So können
mit der hier beschriebenen Satellitenantenne Satellitensignale von etwa
minus 99 dB bis minus 130 dB (Dezibel) empfangen und ausgewertet
werden, was in etwa einer Parabolspiegelgröße von bis zu 1,60 m im Durchmesser
entsprechen würde.
Da das Pendel mit den Antennenempfangselementen zusätzlich alle
Bewegungen des Schiffes/Gehäuses
der Antenne, gegen die Y Achse zusätzlich bis zu 60° ausgleicht,
ist der einwandfreie Empfang eben auch dann gewährleistet, wenn die Antenne
z.B. auf hoher See und schweren Seegang auf Schiffen fest angebracht
und montiert ist.
3b) und c) Diese Grafiken veranschaulichen nochmals
bildlich deutlich zur weiteren Erklärung, dass sich das Gehäuse der
Antenne mit den Bewegungen des Schiffes oder eines anderen nautischen
Fahrzeugs bewegt und das Pendel mit den Antennenelementen die Bewegungen
weg von der Achse Y seitens des Gehäuses zur Achse Y hin voll ausgleicht.
Das Pendel gleicht also mit der frei schwingenden Aufhängung alle
Bewegungen zur Achse Y hin wieder aus und somit bleibt die Achse
Y selbst bei bis zu 60° Neigungen
des Schiffes/Antennengehäuses
für die
Antennenelemente weiter erhalten. Die Ungenauigkeit und das leichte
Nachschwingen macht keine Empfangsprobleme, weil 10° Ungenauigkeit,
Nachpendeln oder Verzögerung
ohne Probleme von den Antennenelementen selbst ausgeglichen werden.
4 Zeigt
das obere Antennenelement.
5 Zeigt
das untere Antennenelement sowie die Empfangsdipolelemente.