DE1516751C3

DE1516751C3 - Vorrichtung zum Nachführen einer Antenne auf ein elektromagnetische Wellen aussendendes Objekt

Info

Publication number: DE1516751C3
Application number: DE1516751A
Authority: DE
Inventors: Adolf Joseph Murray Hill N.J. Giger (V.St.A.)
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1965-06-24
Filing date: 1966-06-21
Publication date: 1979-10-04
Also published as: US3353183A; GB1082183A; DE1516751B2; DE1516751A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

In einer Monopulseinrichtung wird die Nachführung einer Antenne auf ein Ziel dadurch erreicht, daß Leitstrahlsignale verglichen werden, die von der Antenne aufgenommen werden, um festzustellen, ob ein Unterschied zwischen der Richtung, in welche die Antenne weist, und der Zielrichtung vorhanden ist. Falls ein Unterschied festgestellt wird, wird ein Fehlersignal erzeugt und verwendet, um die Ausrichtung der V) Antenne zu berichtigen. Für zirkulär polarisierte Signale liefern die Grundwellensignale TEn und TMoi ausreichende Information, um Fehlersignale erzeugen zu können. Die Amplitude des TMoi-Signals ist unmittelbar proportional zur Richtungsabweichung, und das TEn- ^r>^r> Signal dient als Bezugsgröße, gegenüber der die Phase der TMoi-Signale festgelegt werden kann. Die horizontalen und vertikalen Komponenten der Grundwellensignale werden einzeln ausgekoppelt und zusammen mit dem TMoi-Signal der Verarbeitungseinrichtung züge- t>o führt.

Bei der TMoi-Welle handelt es sich um die elektrische Hauptwelle, die auch mit E₀I-WeIIe bezeichnet werden kann. Bei der TE₀I-WeIIe handelt es sich um die magnetische Hauptwelle, die auch mit Moi-Welle bezeichnet werden kann.

Es ist eine Vorrichtung zum Nachführen einer Antenne auf ein elektromagnetische Wellen aussendendes Objekt der eingangs genannten Art bekannt (The Bell System Technical Journal, Juli 1963, Seite 1283 bis 1307). Diese Vorrichtung kann jedoch nur dann mit zufriedenstellender Genauigkeit eine Nachführung einer Antenne bewirken, wenn der verwendete Wellentypauskoppler die betreffenden Wellentypen und nur diese für sich auskoppelt.

Theoretisch soll ein Wellentypauskoppler die reinen Wellentypen herausziehen, und das Feld der Wellentypen TMoi und TEoi sollte sehr tief liegende und stark ausgeprägte Minima haben. In der Praxis werden diese erwünschten Eigenschaften nicht immer erreicht. Es hat sich herausgestellt, daß Minima manchmal bis auf 15dB an die Bezugsgröße heranreichen und die Minima der Wellentypen TMoi und TEoi nicht immer zusammenfallen. Weiter hat die Erfahrung gezeigt, daß der Wert und der Ort der Minima etwas von der Polarisation der eintreffenden Signale abhängen. Eine solche Abweichung von dem Idealzustand ist für den Nachführvorgang nachteilig und kann zu großen Veränderungen der Ausrichtung in Abhängigkeit von der Polarisation des eintreffenden Signals führen.

Das nicht ideale Verhalten der Wellentypen TEoi und TMoi kann auf viele Ursachen zurückgeführt werden, z. B. auf die Konstruktion des Wellentypauskopplers, auf die reflektierenden Flächen der Antenne, auf Bodenreflektionen. Unabhängig von der Entstehungsursache können die störenden Wellen, als die beiden

orthogonalen Komponenten des Grundwellentyps TEn, nämlich die TEn_x- und TEn_r Komponente erfaßt werden. Diese Komponenten verschlechtern die Minima, sowohl hinsichtlich der Lage als auch hinsichtlich der Höhe.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen werden, bei der die relativen Minima der höheren Wellentypen hinsichtlich ihrer Lage und hinsichtlich ihrer Größe schärfer ausgeprägt sind, so daß die zur Nachführung der Antenne zur Verfugung stehenden Signale eine vorhandene Nichtübereinstimmung in der Ausrichtung präziser wiedergeben.

Dies wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Mittel erreicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt das Antennen-Richtdiagramm für den Wellentyp TMoi in der *-Ebene einer Antenne;

Fig.3 zeigt eine der vier Kompensierstufen der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Wellentypauskoppler 10, der an eine Antenne 11, die vorzugsweise als Horn-Reflektor ausgebildet ist, angeschlossen ist. Während des Empfangsbetriebes laufen Signale über den Wellentypauskoppler 10 in eine Schaltung 30 zum Kompensieren störender Anteile der Signale, bevor diese an eine Fehlersignal-Verarbeitungsschaltung angelegt werden.

Eine derartige Fehlersignal-Verarbeitungsschaltung ist im unteren Teil der F i g. 1 dargestellt. Die Störanteile TEn/ und TEn/ am Ausgang der Schaltung 30 werden in einer bekannten Hybridschaltung 12 in richtiger Phasenlage vermittels eines Phasenschiebers 13 kombiniert, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, eines für rechtsdrehende und das andere für die linksdrehende Zirkularpolarisation. Beim Empfang reiner zirkularpolarisierter Signale ist der eine Ausgang der Hybridschaltung 12 ein Maximum, während der andere verschwindet. Beim Empfang linear polarisierter Signale sind die beiden Ausgänge der Hybridschaltung 12 in ihren Amplituden gleich groß. In gleicher Weise werden die Wellentypen TMoi' und TE_Oi' am Ausgang der Schaltung 30 in einer Hybridschaltung 15 kombiniert, wobei die richtige Phasenlage durch einen Phasenschieber 14 hergestellt wird.

Schalter 16 und 17 sind vorgesehen, um zwischen rechtsdrehender und linksdrehender Zirkularpolarisation wählen zu können. Die ausgewählten Signale werden verstärkt, in Normalisierwerken 18 und 19 auf Standardgrößen gebracht und in Multiplizierwerke 20 und 21 eingegeben. Ein Phasenschieber 22 liefert die erforderliche 90° -Phasenverschiebung. Ein Schalter 23, der synchron mit den Schaltern 16 und 17 arbeitet, ist am Ausgang des Multiplizierwerks 21 vorgesehen, um das Signal am Ausgang des Multiplizierwerkes 21 entweder unmittelbar oder über einen Phasenschieber 24 um 180° gedreht zusammen mit dem Signal am Ausgang des Multiplizierwerkes 20 zur Antennensteuerung führen zu können. Die Schaltung 30 liefert die reinen Wellentypen TMoi' und TEoi' ohne die störenden Anteile TEu, und TEn^ Dadurch wird erreicht, daß die relativen Minima des Richtdiagramms hinsichtlich der *-Ebene der Antenne 11 in Grundausrichtung auftreten, wobei die Ordinatenhöhe der Minima merklich verkleinert ist.

F i g. 2 zeigt die mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielte Verbesserung. Ohne Kompensation erhält man z. B. das relative Minimum π für die Wellentype TMoi, welches nicht scharf ausgeprägt ist. Mit Kompensation erhält man das Minimum n', welches scharf ausgebildet ist.

^r> F i g. 3 zeigt beispielsweise eine Kompensierstufe, die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann, um die Wellentypen TEn_x und TMoi miteinander zu kombinieren. Der Einfachheit halber wird die Arbeitsweise für den Sendebetrieb erläutert.

ίο Wegen der Reziprozität gilt für den Empfangsfall das Entsprechende. Es wird ein Signal V\ an den TMoi'-Anschluß 26, aber kein Signal an den TEi u'-Anschluß 27 angelegt. Ferner wird angenommen, daß ein kleines TEiu-Signal herausgezogen werden muß, um das gewünschte Minimum des Wellentyps TMoi zu erhalten. Am Anschluß 28 wird der Wellentyp TMoi an den TMoi-Wellentypkoppleranschluß angekoppelt und zusätzlich wird ein Teil dieses Wellentyps an den Anschluß 29 geliefert. Das Signal Ki wird an den einen Eingang einer Hybridschaltung 36 angelegt. Es verzweigt sich auf die beiden Ausgänge der Hybridschaltung. Ein Zweigsignal wird über einen einstellbaren Phasenschieber 37 einem Eingang einer weiteren Hybridschaltung 35 zugeführt, und das andere Zweigsignal wird über einen einstellbaren Phasenschieber 38 in einen weiteren Eingang der Hybridschaltung 35 eingespeist. Das Summensignal erscheint am Anschluß 28 und das Differenzsignal kann über einen einstellbaren Phasenschieber 40 am Anschluß 29 erhalten werden.

jo Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung 30 besteht aus insgesamt vier derartigen, an Hand der F i g. 3 erläuterten Kompensierstufen. Dabei entsprechen Phasenschieber 41, 39 und 45 dem Phasenschieber 40 und Phasenschieber 44, 48 und 51 dem Phasenschieber 37.

Weiterhin entsprechen Hybridschaltungen 42,46 und 49 der Hybridschaltung 35 und Hybridschaltungen 43, 47 und 50 der Hybridschaltung 36.
Für ein Signal Vi der Form

V₁ = V₁ COS o> t

wird am Anschluß 28 das Signal

V₁ = V₁ cos -—- cos ( o> t — Λ

" I \ I

abgegeben und am Anschluß 29 das Signal

K, = V₁ sin -ψ sin L, t - ^j- - ,, l\ (3)

erhalten. In den Gleichungen stellt φι diejenige Phasenverschiebung dar, die dem Signal durch den Phasenschieber 37 erteilt wird, und g>2 stellt die durch den Phasenschieber 40 verursachte Phasenverschiebung dar. Es wird für den Augenblick angenommen, daß der Phasenschieber 38 auf eine Phasenverschiebung vom Wert Null eingestellt ist.

Der Phasenschieber 37 wirkt daher als ein veränderli-

bo eher Amplitudendämpfer und steuert den Teil des TMoi'-Signals, der der Hybridschaltung 35 zugeführt wird. Für φι=0 wird kein Signal zum Anschluß 29 übertragen. Für φι = 180° wird das ganze Signal dem Anschluß 29 zugeführt, während an den Anschluß 28 kein Signal abgegeben wird, φι wird vorzugsweise zwischen ± 15° eingestellt, so daß nur ein kleiner Betrag des TMoi-Signals zum Anschluß 29 geführt wird. Eine Änderung von φι ändert nicht nur die Höhe dieses

Betrages, sondern auch die Phase von V₂ und V₃, und zwar um ^-. Eine davon unabhängige Phaseneinstellung kann durch den Phasenschieber 38 durchgeführt werden, um die für eine vollständige Kompensation erforderliche Phasenverschiebung zu liefern.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß ein einstellbarer Phasenschieber für eine Kompensierstufe ausreicht. Ein zweiter Phasenschieber 38 kann natürlich verwendet werden, um den Steuerungsbereich zu vergrößern oder um die Phasenabhängigkeit von V2 und V₃ mit Bezug auf φι auszuschalten.

Dementsprechend wird mit geeigneter Einstellung der Phasenschieber der Kompensierstufe 31 das Ausmaß der Mischung der Signale gesteuert. Die Schaltung 30 (Fig. 1) weist vier Kompensierstufen 31, 32, 33 und 34 auf, von denen jede die in F i g. 3 dargestellte Form hat und die zusammengeschaltet sind, um eine Kompensation zu ermöglichen, z. B. indem vier Signale, die vier Wellentypen darstellen, verarbeitet werden können. Es wird angenommen, daß in den TM01- und TEoi-Kanälen störende Anteile TEn* und TEny erscheinen und diese Anteile werden durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung kompensiert.

Der Wellentyp TM01 wird vom Wellentypauskoppler 10 der Kompensierstufe 31 zugeführt, von welcher ein Teil des TEn^-Signals algebraisch subtrahiert wird. Das TMoi-Signal wird an einen Eingang der Hybridschaltung 35 angelegt, das ΤΕπχ-Signal wird über den einstellbaren Phasenschieber 40 dem anderen Eingang zugeführt.

Summen- bzw. Differenzsignale, die an den Ausgängen der Hybridschaltung 35 erscheinen, werden den Eingängen der Hybridschaltung 36 zugeführt. Die Größe des TEn*-Signals wird durch den Phasenschieber 37 eingestellt. Am Differenzausgang der Hybridschaltung 36 treten die von dem ΤΕπχ-Signal befreiten TMoi -Signale auf, sie werden in die Kompensierstufe 32 eingespeist. Das TEm-Signal am Summenausgang der Hybridschaltung 36 wird in die Kompensierstufe 33 eingespeist.

Die Kompensierstufen 32, 33 und 34 arbeiten entsprechend, so daß am Ausgang der Schaltung 30 die reinen Komponenten TEn*', TMoi', TEn/ und TE01' zur weiteren Verarbeitung zur Verfugung stehen.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß gewisse Phaseneinstellungen der Phasenschieber frequenzabhängig sind, und daß die Verzerrung einzelner Wellentypen in gleicher Weise von der Frequenz abhängig ist. Dementsprechend empfiehlt es sich, die verschiedenen Phasenschieber hinsichtlich der Frequenz zu eichen, so daß die Kompensierung für einen weiten Bereich verwendbar ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Nachführen einer Antenne auf ein elektromagnetische Wellen aussendendes Ob- ^r> jekt, beispielsweise auf einen Nachrichtensatelliten, mit einem Wellentypauskoppler, der aus der Antenne die zur Nachführung notwendigen Wellentypen, nämlich die Wellentypen ΤΜοι,ΤΕοι und TEu auskoppelt, wobei die ausgekoppelten Wellentypen ι ο TMoi und TEoi störende Anteile des Wellentyps TE_n enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wellentypauskoppler (10) eine Schaltung (30) zum Kompensieren der störenden Anteile TEn* und TEi\y des Wellentyps TEi ι in den Wellentypen TMoi r> und TEoi nachgeschaltet ist, die aus vier Kompensierstufen (31, 32, 33, 34) besteht, mit jeweils einer 4armigen, zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisenden Eingangshybridschaltung (35, 42, 46, 49) und einer 4armigen, zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisenden Ausgangshybridschaltung (36, 43, 47, 50), wobei jeder Eingang der Ausgangshybridschaltung (36,43,47,50) mit dem entsprechenden Ausgang der Eingangshybridschaltung (35, 42, 46, 49) verbunden ist, und in mindestens einer Verbindungsleitung ein einstellbarer Phasenschieber (37,44,48,51) eingefügt ist, daß der eine Eingang der Eingangshybridschaltung (35) der ersten Kompensierstufe (31) mit der Wellenkomponente TEu_x und der andere Eingang mit dem die Störanteile TEi u *< > und TEiiy enthaltenden Wellentyp TMoi vom Wellentypauskoppler (10) gespeist ist, daß vom einen Ausgang der Ausgangshybridschaltung (36) der ersten Kompensierstufe (31) die Wellenkomponente TEiu zum einen Eingang der Eingangshybridschal- r> tung (46) der dritten Kompensierstufe (33) und vom anderen Ausgang der Ausgangshybridschaltung (36) der ersten Kompensierstufe (31) der noch den Störanteil TEnj, enthaltende Wellentyp TMoi zum einen Eingang der Eingangshybridschaltung (42) der zweiten Kompensierstufe (32) geführt ist, daß der zweite Eingang der Eingangshybridschaltung (42) der zweiten Kompensierstufe (32) vom Wellentypauskoppler (10) mit der Wellenkomponente TEny gespeist ist, daß der eine Ausgang der Ausgangshybridschaltung (43) der zweiten Kompensierstufe (32) den reinen Wellentyp TMoi' abgibt, während vom anderen Ausgang der Ausgangshybridschaltung (43) der zweiten Kompensierstufe (32) die Wellenkomponente TEi iy zum einen Eingang der Eingangshybridschaltung (49) der vierten Kompensierstufe (34) geführt ist, daß der andere Eingang der Eingangshybridschaltung (46) der dritten Kompensierstufe (33) mit dem die Störanteile TEi u und TE, _ly enthaltenden Wellentyp TEoi vom Wellentypauskoppler (10) gespeist ist und der eine Ausgang der Ausgangshybridschaltung (47) der dritten Kompensierstufe (33) die Wellenkomponente TEn/ abgibt, während vom anderen Ausgang der Ausgangshybridschaltung (47) der dritten Kompensierstufe (33) der nur noch den Störanteil TEn^ enthaltende Wellentyp TEoi zum anderen Eingang der Eingangshybridschaltung (49) der vierten Kompensierstufe (34) geführt ist, daß der eine Ausgang der Ausgangshybridschaltung (50) der vierten Kompensierstufe (34) die Wellenkomponente TEn/ und der andere Ausgang der Ausgangshybridschaltung (50) der vierten Kompensierstufe (34) den reinen Wellentyp TEoi' abgibt.