DE19515120A1 - Erregersystem für eine Empfangsantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Erregersystem für eine Antenne zum Empfang elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einem im Brennpunkt eines parabolisch geformten Reflektors angeordneten, rohrförmigen Erreger mit mindestens einem dem Reflektor abgewandten, einen rechteckigen lichten Querschnitt aufweisenden Ausgang, an den unter Zwischenschaltung mindestens eines mit einem internen Oszillator ausgerüsteten Konverters mindestens ein koaxiales Hochfrequenz-Kabel angeschlossen ist, das mit einer Empfangseinrichtung für Hochfrequenz-Signale verbunden ist (DE-PS 36 07 846).

Antennen mit einem derartigen Erregersystem sind beispielsweise Satellitenempfangsantennen, die mit sehr hohen Frequenzen im GHz-Bereich arbeiten. Ein bekannter Arbeitsbereich ist beispielsweise das ECS-Band mit Frequenzen zwischen 10,95 und 11,7 GHz. Da diese hohen Frequenzen nicht verlustarm über koaxiale Hochfrequenz-Kabel - im folgenden "HF-Kabel" genannt - übertragen werden können, werden sie vorher mittels die empfangenen Signale gleichzeitig verstärkenden Konvertern in niedrigere Frequenzen umgesetzt, die beispielsweise zwischen 950 und 1700 MHz liegen. Die koaxialen HF-Kabel werden bei solchen Antennen u. a. aus Kosten- und Gewichtsgründen vorgeschrieben. Das Erregersystem kann für einfach polarisierte Wellen aufgebaut sein. Es kann aber auch als Polarisationsweiche ausgebildet sein, in der zwei orthogonal polarisierte Wellen so entkoppelt werden, daß sie sich gegenseitig nicht stören.

Alle Teile des Erregersystems müssen so angeordnet werden, daß seine Eintrittsöffnung im Brennpunkt des Reflektors der Antenne liegt. Zur Festlegung und stabilen Abstützung der Teile werden bei bekannten Konstruktionen beispielsweise vier um 90° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Rohre verwendet, die an einem Ende am Rand des Reflektors abgestützt sind und am anderen Ende das Erregersystem tragen. Die Rohre können gleichzeitig zur Führung der koaxialen HF-Kabel verwendet werden.

Bei dem bekannten Erregersystem nach der eingangs erwähnten DE-PS 36 07 846 ist der Erreger als Polarisationsweiche mit einem Eingang und zwei Ausgängen für zwei orthogonal polarisierte Wellen eines Frequenzbandes ausgeführt. An die beiden Ausgänge der Polarisationsweiche sind unter Zwischenschaltung von Filtern Konverter angeschlossen. Die beiden Ausgänge sind in zwei unterschiedlichen Armen der Polarisationsweiche angebracht, von denen der eine zum platzsparenden Anbringen der Konverter um 90° tordiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Erregersystem so zu gestalten, daß es für zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzbänder verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß zwischen Erreger und Konverter ein Verteiler mit einem Eingang und mindestens zwei Ausgängen angeordnet ist, der mit seinem Eingang an den Erreger angeschlossen ist und an dessen Ausgängen Konverter für unterschiedliche Frequenzbänder angebracht sind,
• - daß der Verteiler als gedruckte Schaltung in Microstrip- Technik ausgeführt ist, bei dem eine von seinem Eingang ausgehende Leiterbahn in einem Aufteilungspunkt in eine der Anzahl der Ausgänge entsprechende Anzahl von Leiterbahnen übergeht,
• - daß die Leiterbahnen am Eingang und an den Ausgängen des Verteilers jeweils mit einem Koppelmechanismus zum Anschluß des Erregers einerseits und der Konverter andererseits abgeschlossen sind,
• - daß zumindest in die Leiterbahn zwischen dem Eingang und dem Aufteilungspunkt ein Verstärker eingeschaltet ist und
• - daß an jedem Ausgang des Verteilers ein Resonator angekoppelt ist, der auf die Frequenz des internen Oszillators des jeweiligen Konverters abgestimmt ist.

Dieses Erregersystem ist bei einfacher Gestaltung für zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzbänder verwendbar. Das von der Antenne empfangene und dem Erreger aufgegebene Empfangssignal wird über den Verteiler an jeden Ausgang desselben geführt. Der Verteiler selbst ist in Microstrip- Technik aufgebaut und damit besonders einfach gestaltet. Der Eingang des Verteilers ist in herkömmlicher Technik mit dem als elektromagnetischer Hohlleiter wirkenden Erreger gekoppelt. Ein gleicher Koppelmechanismus kann jeweils zum Anschluß der Konverter an den Verteiler eingesetzt werden. Der hinter dem Eingang des Verteilers in dessen Leiterbahn eingeschaltete Verstärker stellt sicher, daß an jedem Ausgang ein ausreichend hoher Pegel des Empfangssignals zur Verfügung steht. Außerdem wird durch den Verstärker als Eingangsverstärker das Rauschverhalten der aus Verteiler und angeschlossenen Konvertern bestehenden Einheit günstig beeinflußt. Damit durch die internen Oszillatoren der Konverter keine Störsignale in den Verteiler eingekoppelt werden, sind an den Ausgängen des Verteilers Resonatoren angekoppelt, die auf die Frequenz der jeweiligen Oszillatoren abgestimmt sind und so als Sperrfilter wirken.

Wenn das Erregersystem als Polarisationsweiche mit einem zwei Ausgänge aufweisenden Erreger für orthogonal polarisierte Wellen ausgeführt ist, können an jeden der beiden Ausgänge ein Verteiler und eine entsprechende Anzahl von Konvertern angeschlossen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Frontansicht einer Antennenanordnung.

Fig. 2 eine Seitenansicht der Antennenanordnung.

Fig. 3 ein in der Antennenanordnung eingesetztes Erregersystem nach der Erfindung in schematischer und vergrößerter Darstellung.

Fig. 4 ein gegenüber Fig. 3 ergänztes Erregersystem.

Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 3 bzw. 4 in weiter vergrößerter Darstellung.

Fig. 6 eine Seitenansicht eines im Erregersystem eingesetzten Verteilers.

Fig. 7 und 8 Einzelheiten des Erregersystems.

Mit 1 ist der parabolische Reflektor einer Antenne bezeichnet, bei der es sich beispielsweise um eine Satellitenempfangsantenne handelt. Im Brennpunkt des Reflektors 1 ist ein Erregersystem 2 angeordnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Rohre 3 am Reflektor 1 abgestützt ist. Die Rohre 3 sind am Rand des Reflektor 1 befestigt. Sie sind um 120° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Die Rohre 3 können zur Führung von koaxialen HF-Kabeln verwendet werden, welche an das Erregersystem 2 angeschlossen sind. Es ist dabei insbesondere möglich, die HF-Kabel innerhalb der Rohre 3 anzuordnen. Das Erregersystem 2 ist am Reflektor 1 so montiert, daß seine in Richtung des Reflektors 1 weisende Eingangsöffnung genau im Brennpunkt desselben liegt.

Das Erregersystem 2 kann gemäß Fig. 3 aus einem rohrförmigen Erreger 4 bestehen, der zum Empfang linear polarisierter elektromagnetischer Wellen geeignet ist. Er ist an seiner dem Reflektor 1 zugewandten Seite beispielsweise mit einem Rillenflansch 5 ausgerüstet. An seiner dem Reflektor 1 zugewandten Eintrittsöffnung hat der Erreger 4 beispielsweise einen kreisrunden lichten Querschnitt. Der dem Reflektor 1 abgewandte Ausgang des Erregers 4 hat vorzugsweise einen rechteckigen lichten Querschnitt. Zwischen der Eingangsöffnung des Erregers 4 und seinem Ausgang ist ein angepaßter Übergang zwischen den beiden unterschiedlichen Querschnittsformen angeordnet. An den Ausgang des Erregers 4 ist ein Verteiler 6 angeschlossen, dessen genauerer Aufbau aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht. An den Verteiler 6 sind zwei Konverter 7 für unterschiedliche Frequenzbänder angeschlossen, an die andererseits je ein koaxiales HF-Kabel 8 angeschlossen ist. Die HF-Kabel 8 sind mit einer Empfangsanlage verbunden.

Das aus Fig. 4 ersichtliche, gegenüber Fig. 3 um 90° gedrehte Erregersystem 2 ist zum Empfang von zwei orthogonal polarisierten Wellen gleicher Frequenz geeignet. Es besteht aus einem als Polarisationsweiche ausgebildeten Erreger 4, der zwei Arme 9 und 10 und dementsprechend zwei Ausgänge aufweist. Für die lichten Querschnitte der Eingangsöffnung und der Ausgänge dieses Erregers 4 gilt das gleiche wie für den Erreger 4 nach Fig. 3. An die Arme 9 und 10 bzw. deren Ausgänge ist je ein Verteiler 6 angeschlossen. Damit die beiden Verteiler 6 parallel zueinander angeordnet werden können, müssen die beiden rechteckigen Ausgänge der Arme 9 und 10 in einer Ebene liegen. Dazu ist der Arm 9 in seinem Verlauf um 900 tordiert. An jeden Verteiler 6 können wieder zwei Konverter 7 mit HF-Kabeln 8 angeschlossen sein.

Der Verteiler 6 ist als gedruckte Schaltung in Microstrip- Technik ausgeführt. Er hat einen mit dem Erreger 4 verbundenen Eingang E und im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 vier Ausgänge A1 bis A4. Mit den Ausgängen A1 bis A4 sind die Konverter 7 verbunden, an die andererseits die HF-Kabel 8 angeschlossen sind.

Vom Eingang E des Verteilers 6 führt eine Leiterbahn 11 bis zu einem Aufteilungspunkt 12. Die Leiterbahn 11 ist beispielsweise über einen aus Fig. 7 ersichtlichen Koppelmechanismus mit dem Erreger 4 verbunden. In die Leiterbahn 11 ist ein Verstärker 13 eingeschaltet. Vom Aufteilungspunkt 12 könnte zu jedem der Ausgänge A1 bis A4 eine Leiterbahn geführt sein. In bevorzugter Ausführungsform gehen aber vom Aufteilungspunkt 12 nur zwei Leiterbahnen 14 und 15 aus, in die je ein Verstärker 16 bzw. 17 eingeschaltet ist. Hinter den Verstärkern 16 und 17 sind die Leiterbahnen 14 und 15 jeweils in zwei weiterführende Leiterbahnen 18 und 19 bzw. 20 und 21 aufgeteilt, die jede zu einem der Ausgänge A1 bis A4 führen. An jedem der Ausgänge A1 bis A4 ist ein Resonator 22 angekoppelt, der auf die Frequenz des internen Oszillators des jeweiligen Konverters 7 abgestimmt ist. Die Resonatoren 22 können bei entsprechender Gestaltung im Bereich der Ausgänge A1 bis A4 in die Leiterbahnen 18 bis 21 eingeschaltet sein.

Die Ausgänge A1 bis A4 des Verteilers 6 haben gemäß Fig. 6 ebenso wie der Eingang E einen rechteckigen lichten Querschnitt. Die Konverter 7 können dann ebenso wie der Erreger 4 beispielsweise mittels eines Flansches direkt mit dem Verteiler 6 verbunden werden. Am Eingang E und an jedem der Ausgänge A1 bis A4 des Verteilers 6 ist ein beispielsweise aus Fig. 7 ersichtlicher Koppelmechanismus vorgesehen. Er besteht in bevorzugter Ausführungsform aus einem rechteckigen Hohlraum 23, in den ein Stift 24 aus elektrisch gut leitendem Material hineinragt. Der Stift 24 ist leitend mit der jeweiligen Leiterbahn verbunden, also beispielsweise mit der Leiterbahn 18 am Ausgang A1 des Verteilers 6.

Die Resonatoren 22 können als dielektrische Resonatoren ausgeführt sein. Es können in bevorzugter Ausführungsform aber auch Hohlraumresonatoren verwendet werden, die direkt an den Koppelmechanismus der Ausgänge A1 bis A4 anschließen. Ihr Hohlraum 25 ist mit dem aus Fig. 7 ersichtlichen Hohlraum 23 über eine beispielsweise als Schlitz ausgeführte Blende 26 verbunden. Im Hohlraum 25 ist ein Einsatz 27 aus Invarstahl angebracht, durch welchen die Resonatoren 22 weitestgehend temperaturunabhängig sind. Die Resonatoren 22 sind einstellbar ausgeführt und können daher auf die Frequenz des internen Oszillators des jeweiligen Konverters 7 abgestimmt werden. Von den Konvertern 7 ausgehende Störsignale werden durch die Resonatoren 22 weitestgehend unterdrückt. Sie können nicht zu den anderen Konvertern gelangen. Die geschilderte Ausführungsform der Resonatoren 22 nach Fig. 7 wirkt vorteilhaft als Sperrfilter, durch das eventuelle Störsignal des jeweils angeschlossenen Konverters 7 gleich am jeweiligen Ausgang des Verteilers 6 abgeblockt wird. Eine weiter verbesserte Unterdrückung von Störungen kann sich ergeben, wenn beide geschilderten Resonatorarten in Kombination eingesetzt werden.

Zur Stromversorgung der aktiven Bauteile des Verteilers 6 kann eines der angeschlossenen HF-Kabel 8 verwendet werden. Dazu kann beispielsweise das zum Ausgang A4 gehörende HF-Kabel 8 über ein aus Fig. 8 ersichtliches koaxiales T-Stück 28 an den Konverter 7 angeschlossen werden. Über eine Spule 29 und einen an Masse angeschlossenen Kondensator 30, die mit dem Innenleiter 31 des HF-Kabels 8 verbunden sind, kann ohne Störung der HF-Übertragung eine Gleichspannung ausgekoppelt werden. Der Verteiler 6 ist über eine Leitung 32 an das T- Stück 28 angeschlossen.

Das in den Zeichnungen dargestellte Erregersystem mit vier Konvertern 7 ist beispielsweise zum Empfang von elektromagnetischen Wellen in einem Frequenzband von 10,7 GHz bis 12,75 GHz geeignet. Dieses Frequenzband wird durch die unterschiedlichen Konverter 7 in vier Frequenzbänder aufgeteilt, die im Satellitenbetrieb üblich sind. Das sind die Bänder 10,7-10,95 GHz; 10,95-11,7 GHz; 11,7-12,5 GHz und 12,5-12,75 GHz. Selbstverständlich ist das Erregersystem auch für andere Frequenzen einsetzbar.

Der Verteiler 6 hat mindestens zwei Ausgänge zum Anschließen von zwei unterschiedlichen Konvertern 7. Es können auch drei oder - wie beschrieben - vier oder auch mehr als vier Ausgänge sein. Bei der doppelt polarisierten Ausführungsform mit einer Polarisationsweiche nach Fig. 4 können die beiden eingesetzten Verteiler 6 die gleiche Anzahl von Ausgängen haben. Es können aber auch zwei Verteiler mit einer unterschiedlichen Anzahl von Ausgängen eingesetzt werden.

Claims (7)

1. Erregersystem für eine Antenne zum Empfang elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einem im Brennpunkt eines parabolisch geformten Reflektors angeordneten, rohrförmigen Erreger mit mindestens einem dem Reflektor abgewandten, einen rechteckigen lichten Querschnitt aufweisenden Ausgang, an den unter Zwischenschaltung mindestens eines mit einem internen Oszillator ausgerüsteten Konverters mindestens ein koaxiales Hochfrequenz-Kabel angeschlossen ist, das mit einer Empfangseinrichtung für Hochfrequenz-Signale verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwischen Erreger (4) und Konverter (7) ein Verteiler (6) mit einem Eingang (E) und mindestens zwei Ausgängen (A1-A4) angeordnet ist, der mit seinem Eingang (E) an den Erreger (4) angeschlossen ist und an dessen Ausgängen (A1-A4) Konverter (7) für unterschiedliche Frequenzbänder angebracht sind,
• - daß der Verteiler (6) als gedruckte Schaltung in Microstrip-Technik ausgeführt ist, bei dem eine von seinem Eingang (E) ausgehende Leiterbahn (11) in einem Aufteilungspunkt (12) in eine der Anzahl der Ausgänge (A1-A4) entsprechende Anzahl von Leiterbahnen übergeht,
• - daß die Leiterbahnen am Eingang (E) und an den Ausgängen (A1-A4) des Verteilers (6) jeweils mit einem Koppelmechanismus zum Anschluß des Erregers (4) einerseits und der Konverter (6) andererseits abgeschlossen sind,
• - daß zumindest in die Leiterbahn (11) zwischen dem Eingang (E) und dem Aufteilungspunkt (12) ein Verstärker (13) eingeschaltet ist und
• - daß an jedem Ausgang (A1-A4) des Verteilers (6) ein Resonator (22) angekoppelt ist, der auf die Frequenz des internen Oszillators des jeweiligen Konverters (7) abgestimmt ist.

2. Erregersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen (A1-A4) des Verteilers (6) und dem Aufteilungspunkt (12) mindestens ein Verstärker (16, 17) in die Leiterbahnen eingeschaltet ist.

3. Erregersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verteiler (6) mit vier Ausgängen (A1-A4) vom Aufteilungspunkt (12) aus zwei Leiterbahnen (14, 15) ausgehen, in die je ein Verstärker (16, 17) eingeschaltet ist und die bezogen auf den Aufteilungspunkt (12) hinter den Verstärkern (16, 17) jeweils in zwei zu je einem Ausgang (A1-A4) führende Leiterbahnen (18-21) übergehen.

4. Erregersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (22) als dielektrische Resonatoren ausgebildet sind.

5. Erregersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (22) als Hohlraumresonatoren mit einem Einsatz (26) aus Invarstahl ausgebildet sind, die jeweils über eine als Schlitz ausgebildete Blende (27) mit dem Koppelmechanismus verbunden sind.

6. Erregersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung der aktiven Teile des Verteilers (6) eine Gleichspannung aus einem der angeschlossenen koaxialen Hochfrequenz-Kabel (8) mittels eines in dasselbe eingeschalteten koaxialen T-Stücks (28) ausgekoppelt wird.

7. Erregersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Polarisationsweiche mit zwei Ausgängen ausgebildeten Erreger (4) an jeden der beiden Ausgänge ein Verteiler (6) angeschlossen ist.