DE1183557B - Breitbandige Mikrowellen-Funkverbindung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 g

Deutsche KL: 21a4-55

Nummer: 1183 557

Aktenzeichen: W 28925IX d/21 a4

Anmeldetag: 16. November 1960

Auslegetag: 17. Dezember 1964

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der drahtlosen Übertragung eines sehr breiten Frequenzbandes im Mikrowellenbereich. Dieses Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn in einem Wellenleiter-Übertragungssystem für ein sehr breites Frequenzband eine bestimmte Strecke — etwa auf Grund besonderer Geländegegebenheiten — drahtlos überbrückt werden muß.

Die unmittelbare drahtlose Übertragung des breiten Frequenzbandes mit Hilfe einer entsprechend breitbandigen Richtfunkstrecke wäre — selbst wenn sie sich technisch ohne weiteres ermöglichen ließe — schon deswegen nicht durchführbar, weil der für die drahtlose Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzbereich von den verschiedenstens anderen Funkdiensten bekanntlich ohnehin sehr eng besetzt ist.

Es besteht daher die Aufgabe, eine drahtlose Übertragung des breiten Frequenzbandes innerhalb eines vergleichsweise sehr schmalen Hochfrequenz-Übertragungsbandes zu ermöglichen.

Das wird erfindungsgemäß dadurch bewirkt, daß das Frequenzband in n² entsprechend schmalbandige Kanäle unterteilt wird und alle diese Kanäle in die gleiche Frequenzlage transponiert werden, daß ferner jeweils η dieser Kanäle einer von η nebeneinander in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten Antenneneinheiten einer Station zugeführt werden und von dieser in η verschiedene Richtungen scharf gebündelt derart abgestrahlt werden, daß jeder dieser Kanäle von einer der η Antenneneinheiten der entsprechend ausgebildeten Gegenstation empfangen werden kann.

Bei Bedarf können natürlich mehrere nach diesem Prinzip arbeitende Richtfunkstrecken hintereinander angeordnet werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Richtfunkstrecke, bei der das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren zur Anwendung gelangt, ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Funkverbindung entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Antenne mit mehreren Keulen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.

In F i g. 1 ist eine Landschaft mit einem Geländehindernis 11 dargestellt, das aus einem Fluß oder einem tief eingeschnittenen Tal besteht. Ein Überlandwellenleiter 12 nähert sich dem Hindernis von einer Seite und ein gleicher Wellenleiter 13 von der anderen Seite.

Der Leiter 12 endet in einer Station 14, in der sich Verstärker, Stromversorgungseinrichtungen u. dgl.

Breitbandige Mikrowellen-F.unkverbindung

Anmelder:

Western Electric Company,. Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A) ■ '

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,

Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Harald Trap Friis, Rumsoni N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Dezember 1959
(861976)

befinden. Daneben sind die üblichen Einrichtungen zur Unterteilung des breitbandigen Signals in eine Vielzahl von schmalbandigeren Kanälen und zur Transponierung jedes Kanals'in die gleiche Frequenzlage vorhanden. Bei der dargestellten Ausführung sind neun derartige Kanäle vorgesehen, die jeweils eine Bandbreite von 1000 MHz haben und die auf das gemeinsame Trägefband von 10,7 bis 11,7 GHz transponiert werden.

Am Rand des Hindernisses 11 befindet sich eine Vielzahl von Antennenstandorten 15, 16 und 17, die einen Abstand b voneinander haben, der wesentlich kleiner ist als die Breite d deS Hindernisses 11. Die Beziehung zwischen δ und d wird später dargelegt. Wenn das Frequenzband des Leiters 12 in n² Kanäle aufgeteilt wird, müssen η Antennenstandorte vorgesehen werden. An jedem Antenneüstandort werden ri getrennte Funkstrahlen abgestrahlt, die jeweils eine Bandbreite von 1000 MHz haben und verhältnismäßig scharf gebündelt sind. Entsprechend einem besonderen Merkmal der Erfindung wird an jedem Standort eine einzige Antenne verwendet, z. B. die Antenne 18, die η getrennte Zuführungen und η Abstrahlungskeulen, z. B. die Keulen 1, 2 und 3, besitzt. Eine geeignete Antenne dieser Art wird später an Hand der F i g. 2 beschrieben. Getrennte Wellenleiter 19, 20 und 21 verbinden jede Zuführung der Antenne 18 mit den Einrichtungen zur Kanalaufteilung

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und Frequenzumsetzung in der Station 14. Eine ähnliche Antenne 22 mit den Keulen 4, 5 und 6 befindet sich bei 16 und eine Antenne 23 mit den Keulen 7, 8 und 9 bei 17.

Auf der anderen Seite des Hindernisses 11 sind gegenüber den Standorten 15, 16 und 17 mit den Antennen 18, 22 und 23 drei weitere Antennenstandorte mit den Antennen 24, 25 und 26 vorgesehen, und zwar derart, daß ihre Keulen auf die Antennen der gegenüberliegenden Station gerichtet sind. In F i g. 1 sind die sich entsprechenden Antennenkeulen durch gleiche Bezugszahlen angedeutet. So entspricht z. B. die Keule 1 der Antenne 18 der Keule 1 der Antenne 24. Die schmalbandigen Kanäle, die den Abstrahlungskeulen der Antennen 24, 25 und 26 zugeordnet sind, werden über getrennte Wellenleiter mit der Station 27 verbunden, wo sie nach Bedarf umgesetzt und für die weitere Übertragung auf dem Leiter 13 vereinigt werden.

Obwohl die einzelnen Abstrahlungskeulen jeweils Signalen der gleichen Frequenz entsprechen, ergibt sich ein minimales Übersprechen durch die Richtwirkung. Die günstigsten Verhältnisse liegen dann vor, wenn der Winkel zwischen benachbarten Keulen so bemessen ist, daß die Hauptkeule der einen Antenne auf den Nullwert zwischen der Hauptkeule und der ersten Seitenkeule der anderen Antenne fällt. Es ist bekannt, daß der Winkel im Bogenmaß zwischen dem Mittelpunkt der Hauptkeule und diesem Nullwert etwa durch gegeben ist, wobei λ die WeI-

lenlänge und α die öffnungsweite der Antenne in der interessierenden Ebene ist. Daher soll der Winkel Θ zwischen den beiden Hauptkeulen 8 und 9 etwa gleich — sein. Da θ aber gleich j ist, wobei b der Abstand zwischen benachbarten Antennenstandorten und d die Breite des Hindernisses ist, wird der Abstand b gleich —. Wenn mehr als zwei Antennen

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(oder Hauptkeulen) an einem Standort verwendet werden, ist es nicht möglich, daß jede Hauptkeule auf einen Nullwert des Strahlungsdiagramms jeder anderen Antenne an diesem Standort fällt. Die obigen Bedingungen geben daher den minimalen Winkel und den minimalen Abstand zwischen benachbarten Standorten an. Somit soll bei einem typischen Ausführungsbeispiel mit einer Antenne von 3 m öffnungsweite und einer Wellenlänge von 0,03 m und einer Übertragungsstrecke von etwa 3200 m der Abstand b zwischen benachbarten Antennenstandorten etwa 32 m betragen. Eine Verkleinerung der Strecke d führt zu einer proportionalen Herabsetzung des Abstands b.

Antennen mit großer Bündelung und kleinen Seitenkeulen sind vorzuziehen. Die Bündelung wird besser, wenn die Antenne größer wird. Eine Verringerung der Seitenkeulen ist durch bekannte Maßnahmen möglich. Wenn die Seitenkeulen in besonderen Fällen vernachlässigbar klein gehalten werden können, darf der Abstand b über das oben festgelegte Minimum hinaus vergrößert werden, wobei er jedoch stets wesentlich kleiner sein muß als die Strecke d.

Eine typische Antenne mit mehreren Abstrahlungskeulen und mehreren Zuführungen ist in F i g. 2 dargestellt. Die Antenne der F i g. 2 ist neben zahlreichen anderen Arten von Antennen mit mehreren Keulen und mehreren Zuführungen bekannt und hier nur zur Erläuterung dargestellt. Der Zuführungsteil dieser Antennen besteht aus drei parallelen Wellenleitern 41, 42 und 43, deren kleinere Wände aneinanderstoßen. Sie weisen geeignet ausgebildete 90°-Krümmer auf, um jeden Leiter mit der Station zu verbinden. Das andere Ende jedes Leiters ist offen, so daß die Abstrahlöffnungen 44, 45 und 46 entstehen. Gegenüber diesen öffnungen befindet sich ein Parabolreflektor 40. Er ist hier als konkaver Parabolspiegel dargestellt; er kann jedoch auch ein zylindrischer Parabolreflektor oder ein Sektor eines Parabolreflektors sein. In jedem Fall befindet sich der Brennpunkt 47 des Reflektors 40 in der Ebene der öffnung 45, und zwar etwa in der Mitte, so daß die optische Achse 48 des Reflektors 40 mit der Längsachse des Leiters 42 zusammenfällt. In der Praxis ist der Reflektor 40 im Verhältnis zu den Leitern 41, 42, 43 etwas größer, als es aus der Zeichnung hervorgeht. Die öffnungen 44 und 46 liegen daher auf beiden Seiten der Achse 48.

Die durch den Leiter 42 zugeführte vertikal polarisierte Energie tritt durch den Brennpunkt 47 des Reflektors 40, so daß eine Hauptkeule im wesentlichen parallel zur Achse 48 ist. Die durch den Leiter 41 von der öffnung 44 auf dem Weg 49 zugeführte Energie geht links am Brennpunkt 47 vorbei. Sie wird daher in einem spitzen Winkel zur Achse 48 in Form einer Hauptkeule reflektiert, deren maximale Intensität rechts von der Achse 48 liegt und durch den Vektor 50 dargestellt wird. In entsprechender Weise folgt die Energie des Leiters 43 der Linie 51, so daß sie in Form einer Hauptkeule abgestrahlt wird, die durch den Vektor 52 dargestellt ist. Somit strahlt die Antenne der F i g. 2 drei getrennte Hauptkeulen ab, wobei die Winkel zwischen den Keulen durch den Querabstand der Zuführungen von der optischen Achse des Reflektors bestimmt sind.

Die bevorzugte Ausführung der Erfindung benutzt zwar eine einzelne Antenne mit mehreren Abstrahlungskeulen, es können aber auch getrennte Antennen verwendet werden, die an jedem Standort zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Außerdem kann die Kapazität der Funkverbindung verdoppelt werden, indem innerhalb jeweils einer Strecke in an sich bekannter Weise unterschiedliche Signale, beispielsweise für die beiden Richtungen, in zueinander senkrechten Polarisationsebenen übertragen werden. Weiterhin können auch mehrere erfindungsgemäße Funkverbindungen hintereinandergeschaltet werden, um eine längere Strecke zu überbrücken. Bei einer solchen Anwendung können Antennen mit einer Öffnungsweite von 6 m und einem Abstand von 48 m zwischen benachbarten Standorten verwendet werden, so daß sich Übertragungsstrecken von 9600 m ergeben.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur drahtlosen Übertragung eines sehr breiten Frequenzbandes im Mikrowellenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzband in n^s entsprechend schmalbandige Kanäle unterteilt wird und alle diese Kanäle in die gleiche Frequenzlage transponiert werden, daß ferner jeweils η dieser Kanäle einer von η nebeneinander in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten Antenneneinheiten einer Station zugeführt werden und von dieser in

η verschiedene Richtungen scharf gebündelt derart abgestrahlt werden, daß jeder dieser Kanäle von einer der η Antenneneinheiten der entsprechend ausgebildeten Gegenstation empfangen werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Antenneneinheiten einer Station klein gegen den Abstand zwischen den Stationen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stationen an Wellenleiter für Mikrowellen angeschaltet sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinheiten aus jeweils einer Antenne mit η Abstrahlungskeulen bestehen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstrahlungskeulen jeder Antenne spitze Winkel miteinander bilden und daß der Abstand zwischen den Antennen einer Station nicht kleiner

als ist, wobei α die öffnungsweite der Antenne und d der Abstand zwischen den Stationen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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