DE2063311C3 - System zur Aussendung und/oder Empfang elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Description

40 Gestalt eines Digitalrechners verwirklichen.

Natürlich könnten diese Schwierigkeiten in einfacher

Weise dadurch vermieden werden, daß das auf einen beliebigen Raumpunkt einstellbare System für zuein-

Die Erfindung bezieht sich auf ein auf einen be- ander orthogonale Antriebsdrehachsen ausgebildet liebigen Raumpunkt einstellbares System zur Aus- 45 wird, von denen die eine Antriebsdrehachse die wahre sendung und/oder Empfang elektromagnetischer WeI- Azimutachse und die andere Antriebsdrehachse die len, insbesondere Sende- und/oder Empfangsantenne, wahre Elevationsachse der Systemstrahlachse ist. mit nicht orthogonaler Lagerung seiner Antriebs- Zwei zueinander orthogonal angeordnete Antriebsdrehachsen, drehachsen haben jedoch für die Bahnverfolgung von

Ein solches System, beispielsweise eine Antenne 5° im Raum beweglichen Objekten, wie Satelliten, einer Satellitenbodenstation, eine Telemetrieantenne Flugzeuge u. dgl. m., den erheblichen Nachteil, daß zur Bahnverfolgung von im Raum beweglichen die für die Verfolgung erforderliche azimutale VerObjekten oder eine optische Radar- oder Entfernungs- folgungsgeschwindigkeit in der Nähe des Horizontes meßeinrichtung weist in der Regel eine automatische verhältnismäßig klein ist, während sie in Zenitnähe Einstellvorrichtung auf, der über einen Sollwertgeber 55 sehr große Werte annimmt. Durch Übergang zu nicht die Soll* eile für die Einstellung nach Azimut und zueinander orthogonalen Antriebsdrehachsen läßt Elevation einerseits und die entsprechenden System- sich bei entsprechender Wahl des die beiden Antriebs-Istwerte andererseits zugeführt werden. Die Einstell- drehachsen miteimander einschließenden Winkels ervorrichtung vergleicht die einander zugeordneten reichen, daß die Verfolgungsgeschwindigkeiten für die Ist- und Sollwerte in einem Positionsregelkreis und 60 Zielverfolgung verhältnismäßig gleichförmig werden, leitet hieraus gegebenenfalls Korrektursignale zur Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein

Nachsteuerung des Systems ab. Bei nicht zueinander einstellbares System der einleitend genannten Art mit orthogonalen Antriebsdrehachsen wird beispielsweise nicht zueinander orthogonaler Lagerung seiner Anbei geneigter Elevationsachse für eine reine Elevations- triebsdrehachsen eine Lösung anzugeben, die auch bewegung eine gleichzeitige Bewegung beider Antriebs- 65 bei hohen Anforderungen an die Einstellgenauigkeii drehachsen nach einer wiederum von der Elevation mit einem relativ geringen apparativen Aufwand für abhängigen Funktion erforderlich. Die Einstellvor- die Einstellvorrichtung auskommt, richtung benötigt mit anderen Worten bei nicht Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

gelöst, daß zur Ermittlung der für die Positionsregel- Darstellung senkrecht zur Blattebene verläuft. Der kreise der Einstellvorrichtung erforderlichen Azimut- Sockel 1 ist fußseitig in einem Fundament 3 drehbar und Elevationswinkel der Systemstrabiachse die an gelagert, und zwar in einem Drehkranz 4. Der Sockel 1 sich fiktiv vorhandenen zueinander orthogonal ausge- mit dem Gestell 2 dreht sich um die azimutale Anrichteten Drehachsen für Azim'jt und Elevation 5 triebsachse Aßl. Der rotationsparabolische Reflektor 6 zusätzlich als Meßachsen materiell verwirklicht sind der Antenne ist mit seinem Gestell 5 im Drehkranz 7 und daß jeder Meßachse eine Wiakelmeßeinrichtung des Gestells 2 drehbar gelagert. Die Antriebsdrehachse zugeordnet ist. dieser Schräglagerung ist mit Ax' bezeichnet. Der

Der Erfndung liegt die wesentliche Erkenntnis Reflektor 6 der Antenne geht im Bereich des Scheitels

zugrunde, daß sich die bei einem einstellbaren System io in ein gekrümmtes Horn 9 über. Der Reflektor 6

zur Aussendung und/oder zum Empfang elektro- ist gegenüber dem Horn 9 im Drehkranz 9' in seiner

magnetischer Wellen bei nicht zueinander orthogonaler Rotationsachse drehbar gelagert. Ferner ist das

Lagerung der Drehachsen stets auch vorhandenen Horn 9 in der zur Blattebene senkrecht verlaufenden

fiktiven zueinander orthogonal ausgerichteten Achsen Drehachse drehbar gelagert und über die Stütze IO

für Azimut und Elevation mit im allgemeinen ver- 15 gegen den Sockel 1 abgestützt. Die Stütze 10 ist

hältnismäßig geringen Mitteln materiell schaffen sockelseitig im Drehkranz 11 drehbar gelagert, und

lassen und dann diese Drehachsen dumb. Zuordnung zwar fällt ihre Drehachse Aßl mit der Antriebsdreh-

von Winkelmeßeinrichtungen zur Lieferung der für achse Aßl des Sockels 1 zusammen. Die Stütze 10

die Einstellung erforderlichen Elevation- und Azimut- weist ferner eine mit ihrer Achse mit der Drehachse

Istwerte herangezogen werden können. Dadurch läßt 20 Aßl zusammenfallende Drehwelle 12 auf, die sich

sich dann der apparative Aufwand der Einstellvor- gegen das Fundament 3 im Lager 13 abstützt,

richtung erheblich reduzieren. Die Antriebsdrehachsen der Antenne nach Fig. 1,

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach mit deren Hilfe die Antennenstrahlachse As in eine der Erfindung stimmen beide Meßachsen mit der beliebige Raumrichtung über dem Horizont auswahren Azimut- und Elevationsachse der System- 25 gerichtet werden kann, sind die zueinander nicht Strahlachse überein. orthogonalen Drehachsen Aßl und Ax. Durch die

Läßt sich diese Übereinstimmung nicht für beide Drehachse Ax und die Drehachse Aßl der Stütze IO

Achsen aus Gründen, die aus der gewählten koirtruk- weist diese Antenne zusätzlich zwei zueinander

tiven Grundkonzeption des Systems resultieren, orthogonale Drehachsen auf, die gemäß der Erfindung

nicht verwirklichen, dann ist es sinnvoll, daß eine 30 zur Ermittlung der für die Einstellvorrichtung erforder-

der beiden Meßachsen mit der wahren Azimut- bzw. liehen Azimut- und Elevationswinkel der Antennen-

Elevationsachse der Systemstrahlachse übereinstimmt Strahlachse As als Meßachsen dadurch zur Anwendung

und die jeweils andere der beiden Meßachsen zu einer kommen, daß der Drehwelle 12 mit der Drehachse Aßl

der beiden Drehachsen parallel verläuft. die Winkelmeßeinrichtung Mβ und der Drehachse Ax

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zwar der 35 die Winkelmeßeinrichtung Mx zugeordnet sind. Die im Rahmen de- Einstellvorrichtung erwähnte Koordi- Zuordnung ist in F i g. 1 durch Pfeile mit den entnatenwandler nicht überflüssig, er kann jedoch nun- sprechenden Bezeichnungen für die Winkelmeßmehr in außerordentlich vorteilhafter Weise im einrichtungen angedeutet. Die Drehachse A κ stellt Vorwärtszweig des jeweiligen Positionsregelkreises der zur Antennenstrahlachse As die wahre Elevations-Einstellvorrichtung, der zum selbständigen Einstellen 40 achse dar, so daß die mit der zugehörigen Drehwelle der Systemstrahlachse auf einen vorgegebenen Azimut- verbundene Winkelmeßeinrichtung Mx unmittelbar f /w. Elevationswinkel dient, angeordnet werden. In die Elevationswinkel angibt. In gleicher Weise stellt dieser Lage haben seine Eigenschaften, wie noch näher die Drehachse Aßl die wahre Azimutachse der ausgeführt werden wird, nur noch geringen Einfluß Antennenstrahlachse As dar. Die mit der Drehwelle 12 auf die Regeigenauigkeit der Einstellvorrichtung. 45 verbundene Winkelmeßeinrichtung gibt unmittelbar

Der Koordinatenwandler kann in einfacher und den Azimutwinkel der Antenne an.

vorteilhafter Weise ein linearer oder nichilinearer Zum Unterschied zu F i g. 1 kann sich aus über-

Spannungsteiler sein. geordneten konstruktiven Erwägungen die Notwendig-

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten keit ergeben, daß die Drehachse Aßl der Stütze 10 Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden 50 nicht mit der Antriebsdrehachse Aßl des Sockels 1

noch näher erläutert werden. In der Zeichnung zusammenfällt, sondern dazu parallel versetzt ist. In

bedeutet diesem Falle kann sich eine Drehwelle mit der Dreh-

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Systems achse Aßl nicht gegen das Fundament abstützen,

nach der Erfindung, Es ist dann erforderlich, jeder der beiden zueinander

F i g. 2 ein Positionsregelkreis einer Einstellvor- 55 parallelen Drehachsen eine Winkelmeßeinrichtung

richtung für ein System mit zueinander orthogonalen zuzuordnen. Der wahre Azimutwinkel wird dann

Antriebsdrehachsen, durch die Summe der angezeigten Drehwinkel der

F i g. 3 ein Positionsregelkreis (Azimut) für eine genannten beiden Winkelmeßeinrichtungen erhalten.

Einstellvorrichtung bei einem System mit nicht Wäre das zueinander orthogonale Drehachsenpaar zueinander orthogonalen Antriebsdrehachsen nach 60 bei der Antenne nach F i g. 1 nicht vorhanden,

der Erfindung, _ dann müßten die für die Einstellvorrichtung erforder-

F i g. 4 ein Positionsregelkreis (Elevation) für eine liehen Azimut- und Elevationswinkel der Antennen-Einstellvorrichtung bei einem System mit nicht Strahlachse As mit Hilfe der angezeigten Drehwinkel zueinander orthogonalen Antriebsdrehachsen nach einerseits der senkrechten Antriebsdrehachse Aßl und der Erfindung. 65 andererseits der schrägen Antriebsdrehachse Ax ge-

Die Antenne nach F i g. 1 weist einen Sockel 1 auf, wonnen werden. In F i g. 2 ist für diesen Fall einer

an dem ein Gestell 2 befestigt ist, das auf der Ober- der beiden Positionsregelkreise, und zwar der Posi-

seite in eine schräge Ebene übergeht, die bei der tionsregelkreis für den Azimutwinkel der Antennen-

Strahlachse As, angegeben. Die Sollwerte α für den Unterschied kommt hinzu, daß der Positionsregelkreis Azimutwinkel werden vom Sollwertgeber G dem nach F i g. 3 nunmehr mit Hilfe der mit der Drehwelle Koordinatenwandler K zugeführt, der die Sollwerte α, 12 verbundenen Winkelmeßeinrichtung Mß unmittelunter Berücksichtigung der zugehörigen Sollwerte ε bar die wahren Azimut-Istwerte β der Antennenstrahlfür die Elevation in die Sollwerte «' transformiert. 5 achse As an den zweiten Eingang des Summierers S Der Koordinatenwandler K berücksichtigt mit anderen liefert. Der Summierer S bildet aus dem Sollwert und Worten die Abhängigkeit des Azimutwinkels der An- dem Istwert für Azimut die Differenzgröße
tennenstrahlachse As vom Elevationswinkel. Die transformierten Sollwerte «' werden dem Summierer S <5 = α — β
zugeführt, dem über einen weiteren Eingang die io

Istwerte ßl zugeführt werden. Die Istwerte ßl sind und führt diese dem Koordinatenwandler K' zu. hier Istdrehwinkel der Antriebsdrehachse Aß 1. Die Gleichzeitig wird der Sollwerte dem Koordinatenzugehörige Winkelmeßeinrichtung ist durch den mit wandler K' zugeführt, der die Differenzgröße δ unter Mßl bezeichneten, in unterbrochener Linie in Fi g. 1 Berücksichtigung des Sollwertes e in die Differenzdargestellten Pfeil angedeutet Die aus «' und ßl 15 größe δ' transformiert und an den integralen Regler gewonnene Größe weitergibt.

Vom Koordinatenwandler K' im Bereich des Vor-

<5' = a.' — ß\ wärtszweiges des Positionsregelkreises entsprechend

F i g. 3 muß lediglich verlangt werden, daß für

wird nunmehr dem Steuereingang eines integralen ao ^ _^ _Nujj _aucn y _^ _Nuy ^₁

Reglers R zugeführt, der ausgangsseitig den Antriebsmotor M für die Antriebswelle Wß\ betätigt. Die Für den quasistatischen Fall kann der Koordinanten-Winkelmeßeinrichtung Mßl erzeugt den Istwert/31 wandler also sogar in einen linearen konstanten Energiedes Drehwinkels des Sockels 1 mit der Antriebsdreh- verteiler (z. B. ohmscher Spannungsteiler) entarten, achse Aßl, der, wie bereits erwähnt, dem zweiten 25 F i g. 4 zeigt den dem Positionsregelkreis für Eingang des Summierers S zugeführt wird. Azimut nach F i g. 3 entsprechenden Positionsregel-

Wie F i g. 2 ohne weiteres erkennen läßt, gehen kreis für Elevation. Hier liefert der Sollwertgeber G Fehler des Koordinatenwandlers K über den gesamten den Sollwert ε für die Elevation. Der Antriebsmotor M Transformationsbereich voll auf die Einstellgenauig- treibt mit seiner Antriebswelle Wx' die Antenne nach keit des Positionsregelkreises ein. Der Aufwand ist 30 Fig. 1 um die schräge Antriebsdrehachse Aχ an. somit, wie bereits einleitend angedeutet worden ist, Die Winkelmeßeinrichtung Mx, die der Drehachse Ax bei hohen Anforderungen an die Einstellgenauigkeit zugeordnet ist und über die Antriebswelle Wx gesehr groß. steuert wird, liefert unmittelbar die Istwerte der

Anders gestalten sich die Verhältnisse dann, wenn, Elevationswinkel der Antennenstrahlachse As an den wie das bei der in F i g. 1 dargestellten Antenne 35 Summierer S. Der Summierer S bildet aus dem Istgegeben ist, das zusätzlich geschaffene, zueinander und Sollwert die Differenzgröße
orthogonale Drehachsenpaar zur Ermittlung der für _ _

die Einstellvorrichtung erforderlichen Azimut- und ? ~ ^ε ~~ ^κ'

Elevationswinkel der Antennenstrahlachse As ver- die anschließend im Koordinatenwandler K' in die wendet wird. Der in F i g. 3 dargestellte, dem Po- 40 Differenzgröße γ transformiert wird. Der Koordisitionsregelkreis nach F i g. 2 entsprechende Positions- natenwandler K' braucht für die Transformation in regelkreis für Azimut weist ebenfalls einen Koordi- diesem Falle keine besondere Steuergröße, da die natenwandler K' auf, der jedoch im Unterschied zum Einstellung eines vorgegebenen Elevationswinkels Positionsregelkreis nach F i g. 2 nunmehr zwischen ausschließlich von der Drehstellung der Antenne dem Ausgang des Summierers 5 und dem Eingang des 45 bezüglich der schrägen Antriebsdrehachse A χ beintegralen Reglers R angeordnet isL Als weiterer stimmt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

zueinander orthogonalen Antriebsdrehachsen wenig- Patentanspiüche· stens eiaen KoordJnatenwandler, der beispielsweise dea Soliwert für Azimut in Abhängigkeit des SoIl-

1. Ein aof einen beliebigen Raumpunkt einstell- wertes, beispielsweise der Elevation, in eine für den bares System zur Aussendung und/oder Empfang 5 Betrieb des Positionsregelkreises richtige Größe umelektromagnetischer Wellen, insbesondere Sende- wandelt ,„„,,■.,_ - · ο und/oder Empfangsantenne, mit nicht zueinander Durch die DT-OS 15 41 611 ist bereits eine Sendeorthogonaler Lagerung seiner Drehachsen, da- und/oder Empfangsantenne mit nicht orthogonaler durch gekennzeichnet, daß zur Ermitt- Lagerung der beiden Antriebsachsen bekannt, bei der lung der für die Positionsregelkreise der Einstell- io der Antennenreflektor auf der schrägen £bene eines um vorrichtung erforderlichen Azimut- und Elevations- eine senkrechte Achse drehbaren Sockels angeordnet winkel der Systemstrahlachse (As) die an sich ist und bei dem die zweite Drehachse senkrecht auf fiktiv vorhandenen zueinander orthogonal aus- der schrägen Ebene steht Bei dieser bekannten gerichteten Drehachsen für Azimut und Elevation Anordnung ist das Speisehorn der Antenne über eine zusätzlich als Meßachsen (Aß2, Ax) materiell 15 Drehkupplung mit dem Parabolspiegel verbunden und verwirklicht sind und daß jedei Meßachse eine im Bereich dieser Drehkupplung auf selten des Speise-Winkelmeßeinrichtung (Mß, Mx) zugeordnet ist horns ein Datenrad als Winkelmeßeinrichtung ange-

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ordnet, das den wahren Elevationswinkel der Systemzeichnet, daß beide Meßachsen (Aβ2, A κ) mit der Strahlachse der Antenne unmittelbar angibt. Der wahren Azimut- und Elevationsachse der System- ao Aufwand für die Einstellvorrichtung ist auch hier Strahlachse (^s) übereinstimmen. relativ groS, weil jede Einstellung des Elevations-

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- winkeis der Systemstrahlachse hier gleichzeitig eine zeichnet, daß eine der beiden Meßachsen mit der Veränderung des Azimutwinkels der Strahlachse mit wahren Azimut- bzw. Elevationsachse der System- sich bringt, ohne daß hierzu eine Drehung des Sockels Strahlachse übereinstimmt und die jeweils andere as in seiner Drehachse auftritt

der beiden Meßachsen zu einer der beiden Dreh- Werden hohe Anforderungen an die Einstellachsen parallel verläuft genauigkeit gestellt, wie das gerade für Antennen von

4. System nach einem der vorhergehenden Satellitenbodenstationen der Fall ist, dann ergeben Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im sich für eine solche Einstellvorrichtung erhebliche Bereich des Vorwärtszweiges jedes Positionsregel- 30 technische Schwierigkeiten. Bei Großantennen mit kreises der Einstellvorrichtung, der zum selb- Strahlungsbreiten in der Größenordnung von etwa ständigen Einstellen der Systemstrahlachse (As) 0,1° sind Einstellgenauigkeiten bis zu 0.00Γ üblich, auf einen vorgegebenen Azimut- bzw. Elevations- Da einerseits der Koordinatenwandler in die Genauigwinkel dient, ein Koordinatenwandler (K\ K") keit der Einstellvorrichtung voll eingeht und anderervorgesehen ist 35 seits die Transformationsgleichung, der der Koordi-

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekenn- natenwandler genügen muß, eine trigonometrische zeichnet, daß der Koordinatenwandler ein linearer Wurzelfunktion ist, lassen sich die Forderungen, die oder nichtlinearer Spannungsteiler ist hier an die Einstellvorrichtung zu stellen sind, praktisch nur rait einem hohen apparativen Aufwand in