DE1591507A1 - Antennenvorrichtung und Verfahren zu ihrer Speisung - Google Patents

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 395314 2000 HAMB U RG 50, ÖL ¹TiSS

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

Neue Unterlagen W.22858/57 12/Ne P 15 91 507.8

Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d¹Aviation Paris (Pränkreich)

Antennenvorrichtung und Verfahren zu ihrer Speisung.

Es ist bereits vorgesehlagen worden, eine Antenne für einen Erdsatelliten herzustellen, der auf seiner Bahn durch eine verhältnismäßig langsame Drehung ("spin") von einigen Hertz stabilisiert ist, wobei die Antenne in einer bevorzugten Richtung derart abstrahlt,, daß die Hauptantennenfläche den sichtbaren Bereich der Erde vom Satelliten aus gesehen, ganz oder teilweise überdeckt, und wobei die Antenne mit einer erheblichen Verstärkung abstrahlt, die der Konzentration der Energie in einem festen minimalen Winkel entspricht, der mit den Anwendungsbedingungen vereinbar ist. Aus diesem Grund muß sich daher die Abstrahlfläche mit Bezug auf die Drehbewegung des Satelliten in umgekehrter Richtung und injsynchronismus mit -ihr drehen. Sie muß weiterhin derart gesteuert werden, daß sie dauernd zur Mitte oder zu einer bestimmten Zone der Erde gerichtet ist.

Es ist bereits versucht worden, diese Drehung der Antennenfläche mittels einer rein elektrischen Arbeitsweise hervorzurufen, bei der keine Bewegung mechanischer Teile erfolgt und für die demgemäß nur ein geringer Energiebedarf

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Neue Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. I Satz^des Änderungsges.y.$. SU967)

erforderlich ist. Auf diese Weise wird eine beträchtliche zusätzliche Gewichtserhöhung des Satelliten sowohl für die Energieerzeuger als auch für die eigentliche Antenne des Satelliten vermieden.

Es kann gesagt werden, daß eine solche Antenne sich gegenläufig dreht, da ihre fiktive Drehung die tatsächliche Drehung ihres Trägers kompensiert.

Bei einer bekannten sich gegenläufig drehenden Antennenvorrichtung für einen Satelliten, die von der amerikanischen Firma Hughes Aircraft Company (USA-Patentschrift j5 133 282) unter der Bezeichnung ATS-Antenne hergestellt wird, weist die Antenne eine Mehrzahl von Elementarquellen auf, die auf einem Kreis verteilt sind. Jedes Paar von sich diametral gegenüberliegenden Quellen, wird über einen Ferritphasenschieber gespeist, welcher den beiden betrachteten Quellen gleiche Phasenverschiebungen, jedoch von entgegengesetzten Vorzeichen erteilt. Alle Quellen werden gleichzeitig gespeist.

Die Erfindung geht von einem anderen Konzept aus, indem sie nicht mehr die gleichzeitige Speisung der Gesamtheit der Elementarquellen, sondern eine aufeinanderfolgende Speisung einer begrenzten Anzahl von Quellen mittels klassischer Zirkulatoren und Phasenschieber vorsieht.

Genauer gesagt, wenn die Antenne η Elementarquellen aufweist, die auf einem Kreis verteilt sind, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Satelliten liegt, dann wird gemäß der Erfindung zu einem gegebenen Zeitpunkt eine bestimmte Anzahl m der η Quellen gespeist, und nach einer Winkelverschiebung von - des Satelliten wird eine Kommutierung vorgenommen, welche die Speisung der ersten der m Quellen in Richtung der Drehung unterbricht und die Speisung der (m + 1) -ten und so fort bei jeder Winkelverschiebung des Satelliten-von _■ hervorruft, so daß von den η Quellen immer in Quellen gespeist sind, und zwar jeweils mit einer Verschiebung um eine Stufe in der Folge der Quellen für jede Drehung

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des Satelliten von — .

Der Speisestromkreis weist gemäß der Erfindung m Phasenschieber auf« die einer Gruppe von km Kommutatoren zugeordnet sind, wobei k eine ganze Zahl ist.

Eine solche Antenne kann sowohl zum Empfang als auch zum Senden dienen. Wenn es jedoch gewünscht wird, gleichzeitig empfangen und senden zu können, wie es bei Fernübertragungssatelliten der Fall ist, können zwei identische Antennen gemäß der Erfindung oder bekannte Duplexgeräte bzw. Sende- und Empfangsweichen verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 und 2 veranschaulichen in schematischer Weise die Verteilung der Elementarantennen.

Fig. 3 ist ein Stromkreisschema für die Speisung der Elementarantennen·

Fig. 4a, 4b und 4c sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise.

Fig. 5 veranschaulicht die Arbeitsfolge.

Fig. 6 ist eine schaubildliche Ansicht eines Satelliten, der mit Antennen gemäß der Erfindung versehen, ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist eine Anzahl von η » 12 Elementarantennen vorgesehen, die mit 1 bis 12 bezeichnet sind. Diese Elementarantennen 1 bis 12 sind auf einem Kreis verteilt (Fig. 1). Um jedoch die Richtwirkung in der Ebene des Ortes zu gewährleisten, werden beispielsweise drei Elementarquellen übereinander angeordnet, die zur Erzielung einer Kreispolarisation ebene Spiralen sind. Die Antenne A stellt demgemäß einen Zylinder dar, der gemäß zwölf Erzeugenden lineare Netze aus je drei ebenen Spiralen (Fig. 2) trägt, deren jedes eines der zwölf Elemente des zylindrischen Netzes darstellt. Die Achse des Zylinders verläuft parallel zur Drehachse X-Y des Satelliten, wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist, in welcher mit S der Körper des Satelliten bezeichnet ist, der mit Son-

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nenzellen C ausgerüstet ist. An einem axialen Mast sind eine Fernsteuerantenne T, eine Empfangsantenne Ar und eine Sendeantenne Ae angebracht« wobei die beiden letztgenannten Antennen gemäß der Erfindung ausgebildet sind und durch bei R bzw. E angeordnete Speisestromkreise versorgt werden.

Die zwölf linearen Netze, die auf ebenso vielen Erzeugenden angeordnet sind, werden so gespeist, wie es in Flg. 3 dargestellt ist, wobei der Speisestromkreis drei kontinuierliche Phasenschieber Dl, D2 und D3 und neun Kommutatoren Cl, C2 .... C9 aufweist.

Die gemeinsame Verwendung des Kommutationssystems und der Ferritzirkulatoren zur Darstellung der Kommutatoren bietet den Vorteil, daß die Kommutation progressiv ohne Störung der Speisephase erfolgt und die Zirkulatoren Vorrichtungen zur Feldverschiebung sind. Allgemein gesagt, kann irgendein Kommutator verwendet werden.

Die kontinuierlichen Phasenschieber haben die Aufgabe, die Phasenverschiebung zufolge der Drehung des Satelliten dauernd auszugleichen, um die Richtung beizubehalten, in welcher die Abstrahlungen der verschiedenen Quellen miteinander in Phase sind.

Auf diese Weise wird durch Verwendung von m Phasenschiebern die Kontinuität der Drehung des Abstrahldiagramms von m Quellen gewährleistet, die zwischen den Kommutationen gespeist werden.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Es sei eine Ausgangssituation angenommen, in welcher die Kommutatoren Cl .... C9 sich in der in Fig. 3 wiedergegebenen Stellung befinden, und die Elementarantennen 1, 2 und 3 über D1-C7-C1 bzw. D2-C8-C2 und D3-C9-C3 gespeist werden.

Da die Antenne mit gleichmäßiger Drehbewegung umläuft, entspricht diese Ausgangsstellung dem Moment, in welchem

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die Kommutatlon von der Quelle 12 auf die Quelle 3 erfolgt (Pig. 4A).

Die genannte Phasenverschiebung besteht darin, die in Fig. 4b mit *£ " bezeichnete elektrische Länge zu kompensieren, die R (1 - ) beträgt, wobei R der Radius des von den Phasenmitten beschriebenen Kreises und Λ die Wellenlänge bedeuten. In Funktion der Zeit hat diese Länge yt den Wert R (1 - cos Θ), wobei θ der Winkel ist, um den sich die betrachtete Quelle mit Bezug auf das Geozentrum 0-0 (die Gerade, welche den Satelliten mit dem Erdmittelpunkt verbindet) gedreht hat. Die Phasenverschiebung wird dann

if - R (1 - cos _ω t),

worin bedeuten: t die Zeit und Lu die Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Kommutationen, die den gleichen Phasenschieber beeinflussen (was einer Viertel Umdrehung entspricht).

Am Ende einer Drehung des Satelliten um 1/12 Umdrehung erfolgt eine neue Kommutation zwischen den Quellen 1 und 4 (Fig. kc), nach einer weiteren 1/12 Umdrehung eine Kommutation zwischen den Quellen 2 und 5 usw. Am Ende einer vollen Umdrehung wird von der Quelle 12 auf die Quelle 3 übergegangen, so daß wieder die Ausgangsstellung erhalten wird (Fig. 3 und 4a).

Die Arbeitsfolge für eine Umdrehung des Satelliten ist in Fig. 5 wiedergegeben.

Diese Folge wird von einer Programmiereinrichtung » hervorgerufen, die auf Impulse anspricht, welche von einer oder mehreren Sonnenzellen geliefert werden. Der Ablauf dieser Folge, die für die dauernde Orientierung in der gewünschten Richtung erforderlich ist, wird durch Fernsteuerung oder durch einen mitgeführten Zeitgeber bestimmt.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Erdsatelliten beschränkt, sondern die Vorrichtung geaäß der

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Erfindung kann in gleicher Weise bei auf der Erde angeordneten Radargeräten und bei Bojen oder Baken angewendet werden, wenn diese einen Winkel von J56o° bestreichen sollen.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Antennenvorrichtung mit einem Netz aus einer Anzahl' η von" Eleraentarquellen, die auf einem Kreis od.dgl. verteilt sind und von denen jeweils nur eine aus einer kleineren Anzahl m von aufeinanderfolgenden Elementarquellen bestehende Gruppe gleichzeitig gespeist wird, wobei dieser Gruppe von a gespeisten Elementarquellen eine graduelle schrittweise Translation erteilt wird, die einem'Winkelverschiebungsschritt von l/n des Netzes äquivalent ist, indem diejenige dieser m Elementarquellen, die sich an dem einen Ende der Gruppe, befindet, abgeschaltet und eine neue Elementarquelle an dem anderen Ende der Gruppe wirksam gemacht wird u.s.f. für Jeden WinkelVerschiebungsschritt von l/n des Netzes, gekennzeichnet durch eine die Speisung steuernde Einrichtung, die frei von beweglichen mechanischentiPeilen ist und die eine Reihe von k.ra (k ist eine ganze Zahl) statischen elektronischen Kommutatoren (Cl, C2 ... C9) zur Herbeiführung der graduellen schrittweisen Translation und eine Reihe von m statischen elektronischen Phasenschiebern mit kontinuierlicher Phasenänderung (Dl, D2, D>) aufweist, die den Kommutatoren zugeordnet sind und dazu dienen, die relative Phasenverschiebung der m gespeisten Elementarquellen zufolge ihrer Verteilung auf einer gekrümmten Linie kontinuierlich auszugleichen.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen elektronischen Kommutatoren (Cl, C2 ... C9) Ferritzirkulatoren sind.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die die Speisung steuernde Einrichtung in m identische Sätze unterteilt ist, die jeweils einen statischen elektronischen Phasenschieber mit kontinuierlicher Phasenverschiebung (z.B. Dl) und eine Reihe von k statischen elektronischen Kommutatoren (z.B. C7> Cl, C4) umfassen, wobei jedem Satz n/m Elementarquellen (z.B. 1, 4, 7* 10) zuge-

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Neue Unterlagen (Art 7 S1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Xnderungsges. v. 4.9.1967}

ordnet sind, die auf dem kreisförmigen Netz in gleichen Winkelabständen verteilt sind.

4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der genannten Sätze vier Elementarquellen zugeordnet sind, die voneinander durch ein Intervall von 90° getrennt sind.

5. Antennenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Sätze drei statische elektronische Kommutatoren umfaßt.

η η 9 ρ 19 / ο 9 u 5

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