DE2215745A1

DE2215745A1 - Bahnverfolgungsantennengerät

Info

Publication number: DE2215745A1
Application number: DE19722215745
Authority: DE
Inventors: Malcolm; Dawson Thomas William Grant; Mastermann Paul Henry; Christchurch; Weston Martin Andrew New Milton Hampshire Chivers (Großbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1971-03-31
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1972-11-23
Also published as: US3790941A; CA949180A; GB1344092A

Description

nrr r. η '". ~ :Z aan,' 9 7 1 ¹I 7 A 5

Dr.-Ϊ.-.'.'. K:. u. \~ a" £ jr.
β München 22, Sisinsdorfstr. 10

293-18.562P 30. 3· 1972

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London (Großbritannien)

Bahnverfolgungsantennengerät

Die vorliegende Erfindung betrifft nachführbare Antennen in Satellitenbahn- und Radarverfolgungsgeräten.

Um ein Signal konsistent von einem Erdsatelliten oder einem anderen Objekt im Raum zu empfangen, ist es notwendig, ein Antennengerät als Empfänger zu haben, das zur Signalquelle genau ausgerichtet ist.

Bekannte Verfahren, die eine genaue derartige Ausrichtung aufrechterhalten, sind kompliziert. Einige erfordern drei rauscharme Mikrowellenempfänger, die oft dicht beim Primärstrahler selbst, d. h. auf der nachführbaren An-

293-(JX 3715/05)-Ko-r (7)

209848/1018

tenne angebracht werden müssen. Diese Verfahren sind teuer, unbequem für die Bedienung und Ausrichtung, und neigen dazu, die Konstruktion des Antennengeräts zu komplizieren. Ein solches Verfahren ist als "Zweiwellennachführung" bekannt und in der Zeitschrift "Bell System Technical Journal", Band XL11, Nr. k, Teil 2, Juli 1963, Seiten I283 ff., beschrieben. Dieses Verfahren benutzt die Tatsache, daß ein auf die Strahleröffnung eines Rundhohlleiters einfallendes Mikrowellensignal im Hohlleiter sowohl TE₁- als auch TM_.-Wellen oder Signal schwingungen erregen kann. Die relative Stärke der beiden Wellen oder Signalschwingungen hängt, ab von der Ausrichtung der elektrischen Achse des Hohlleiters mit der Einfallsrichtung der ankommenden Signale» Wenn der Hohlleiter genau mit der Sichtlinie zur Signalquelle ausgerichtet ist, dann ist die TM_n-WeIIe oder Signalschwingung praktisch ausgeschaltet. Für kleine Fehlwinkel (θ) zwischen der Achse des Hohlleiters und der Sichtlinie zur Signalquelle ist die TE -Welle oder Signalschwingung relativ wenig verändert, aber sowohl die Stärke als auch die Phas6 der TM_ni-Welle oder Signalschwingung ändern sich scharf.

Es ist in der oben genannten Zeitschrift gezeigt, daß bei einem die Strahlung von einer Quelle empfangenen Rundhohlleiter, bei einer von der Quelle ausgesandten zirkulär oder beinahe zirkulär polarisierten Strahlung, und bei der Lagebestimmung der Quelle in bezug auf der· Hohlleiter und seine Achse durch Kugelkoordinaten R, θ und 0_t die Strahlung dann im Hohlleiter TE - und TM_Q1-Signal-Strahlungsdiagramme induzieren kann. Dabei wird aber die TM_Q1-Welle oder Signalschwingung nur durch die E_ft-Komponente der Quellenstrahlung und nicht durch deren E^-Komponente erregt. Wenn θ klein ist, d. h. wenn die Hohlleiterachse nahezu

209848/1018

aber nicht genau auf die Quelle zeigt, dann ist die Amplitude der TM_ -Welle oder Signal schwingung direkt proportional zu Θ« Tn der Praxis ist gerade θ der kleine Richtungsfehler, der möglichst klein gemacht werden soll. Das Verhältnis zwischen der Phase der Signale in der TM_Q -Welle oder Signalschwingung und der Phase in der induzierten TE .-Welle oder Signal schwingung zeigt die Richtung 0 des Richtungsfehlers an. Die TE ₁-Welle oder Signalschwingungen können als Bezugspunkt verwendet werden, gegenüber dem die Größe und die Phase der TM₀₁-Signale gemessen werden kann, da die TE -Signalschwingung oder Welle durch die E- und die Ev-Komponenten der einfallenden Strahlung erregt wird, und da deren Amplitude nur wenig durch kleine Richtungsfehler beeinflußt wird.

Nachführ- oder Steuersignale zur Nachführung oder Steuerung der Richtung der Achse eines Antennengeräts können aus den Messungen der relativen Größe und Phase der TM_n1-Signale in bezug auf die TE ₁-Signale im empfangenden Hornstrahler der Antenne erhalten werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfaches Bahnverfolgungsgerät für eine Satelliten-Bahnverfolgungsantenne anzugeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zur Nachführung oder Steuerung einer nachführbaren oder steuerbaren Antenne, um elektromagnetische Signale von einer entfernten Quelle zu empfangen, gekennzeichnet durch

einen Rundhohlleiter zum Empfang der durch die Antenne aufgefangenen elektromagnetischen Signale, zum Halten oder

^098^8/1018

Speichern von TE ..-Wellen oder Signalschwingungen, abhängig von den von einer entfernten Quelle empfangenen elektromagnetischen Signalen, wobei die Quelle nahezu oder genau in einer Linie mit einer vorbestimmten nachführbaren oder steuerbaren Achse der Antenne ist, und zum Halten oder Speichern der TM_n -Wellen oder Signalschwingungen abhängig von den von der entfernten Quelle empfangenen elektromagnetischen Signalen in der Nähe, aber nicht auf der vorbestimmten Achse,

eine TM₀ -Kopplungsspule oder einen TM₀₁-Koppler, die bzw. der auf die im Rundhohlleiter entwickelten TM_Q1-Wellen oder Signal schwingungen anspricht,

einen mit dem Ausgang der TM₀₁-Kopplungsspule verbundenen Modulator,

eine Steuereinrichtung zur Einspeisung eines zyklischen Modulationsnachführsignals in den Modulator,

eine zweite Kopplungsspule oder einen zweiten Koppler, die bzw. der zur Vereinigung der Ausgangssignale des Modulators mit den aus den TE -Wellen oder Signalschwingungen, die im Rundhohlleiter entwickelt wurden, abgeleiteten Signale zur Erzeugung eines amplitudenmodulierten resultierenden Signals dient, und

einen Detekror zur Ableitung von Bahnverfolgungs-Nachführsignalen aus der Amplitudenmodulation des resultierenden Signals, um Parameter für eine jegliche Fehlausrichtung zwischen der vorbestimmten Achse der Antenne und der mittleren Einfallsrichtung der elektromagnetischen Signale der entfernten Quelle anzuzeigen.

209848/1018

Das Modulationsnachführsignal kann ein lineares Sägezahnsignal oder ein sinusförmiges Signal sein. Der Detektor kann ein phasenempfindlicher Detektor sein, der die Amplitudenmodulation des resultierenden Signals mit dem Modulationsnachführsignal vergleicht und Signale erzeugt, die die Amplitude und relative Phase der Amplitudenmodulation anzeigen.

Der Modulator kann eine elektrisch nachführbare oder steuerbare Phasenversteilvorrichtung aufweisen. Wenn das Modulationsnachführsignal sinusförmig ist, kann der Modulator in einer anderen Ausführungsform auch ein Gegentaktmodulator mit mehreren Dioden sein.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Modulationsnachführsignal auch eine Treppensignalform mit vier Stufen oder eine Vierstufensignalform besitzen^ die gleich·= wertig ist mit einem Treppensignal mit der Ordnung von übereinanderliegenden Stufen*

Der Modulator kann dann eine elektrisch steuerbare Phasenverstellvorrichtung sein. Der Detektor kann viör einzelne Detektoren umfassen, die so angeschlossen sind,, daß sie in einer Folge synchron mit den Stufen des Modulationsnachführsignals arbeiten, wobei zwei angeschlossene Differenzverstärker eine Fehlausrichtung anzeigende Signale aus den Unterschieden zwischen den Ausgangssignalen von jeweils zwei verschiedenen Detektoren den einzelnen Detektoreinrichtungen ableiten.

Zwischen dem Rundhohlleiter und der zweiten Kopplungsspule oder dem zweiten Koppler ist vorzugsweise ein Polari-

209848/1018

sator vorgesehen. Dieser leitet aus den zirkulär polarisierten TE -Signalschwingungen oder TE -Modussignalen linear polarisierte Signale ab und speist diese in die zweite Kopplungsspule oder den zweiten Koppler ein.

Die TM -Signal-Kopplungsspule kann vorzugsweise ein Hybridrichtungskoppler und so ausgebildet sein, daß sie alle Signale außer den Signalen eines gewünschten Frequenzbandes unterdrückt. Die zweite Kopplungsspule kann auch ein Hybridrichtungskoppler sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Vektordiagramme der elektrischen Feldkomponenten einer zirkulär polarisierten elektromagnetischen Welle,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Hohlleiters, der einen Teil eines Antennengeräts bildet, wobei Kugelkoordinaten R, θ und 0 dazu verwendet werden, um die Lage einer entfernten Quelle S von Radiosignalen in bezug auf den Hohlleiter festzulegen;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Teils eines Mikrowellenempfängers, der in dem in der Fig. 2 dargestellten Antennengerät verwendet wird;

Fig. k ein Vektordiagramm, das die Beziehungen der verschiedenen Komponenten der beim Betrieb des Geräts auftretenden Signale zeigt;

209848/1018

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Teils eines anderen Empfängers zum Gebrauch in den in der Fig. 2 dargestellten Gerät, und

Fig. 6 ein Diagramm mit einigen Signalformen oder Wellen, die in dem in der Fig. 5 dargestellten Gerät auftreten.

Fig. 1 zeigt drei unterschiedliche Darstellungen des elektrischen Feldes einer zirkulär polarisierten elektromagnetischen Welle. Es kann durch einen einzigen Feldvektor E dargestellt werden, der ein elektrisches Feld von konstanter Stärke angibt, dessen Richtung mit konstanter Geschwindigkeit rotiert (Fig. 1a). Es kann auch als die Resultierende von zwei linear polarisierten elektromagnetischen Wellen dargestellt werden, die in zwei zueinander senkrechten Ebenen polarisiert sind und die sich sinusförmig zueinander verschoben ändern. Beispielsweise kann das elektrische Feld durch zwei Vektoren E und E dargestellt

χ y

werden (Fig·. 1b) , die in der Richtung fest sind und sich in ihrer Größe entsprechend den Gleichungen

E = E sin wt
xo

und E

= E cos wt .. (2)

verändern, wobei E eine Konstante, t eine Zeitveränderliche und w die Kreisfrequenz des Mikrowellensignals bedeuten. Das elektrische Feld kann auch durch Vektoren E_ft und E^/ (Fig. 1c) in gleicher Weise dargestellt werden, die ebenso linear polarisierte elektromagnetische Wellen darstellen, welche in zueinander senkrechten Ebenen polarisiert sind

209848/1018

und welche sich sinusförmig verschoben verändern. Die Vektoren E und E^ müssen gleichwertig sein zu den Resultierenden der Komponenten von E und E" , die in mit einem Winkel 0 jeweils zu den Ebenen von E und E geneigten Ebenen aufgelöst sind. Wenn deshalb E und E durch die Gleichun-

gen (i) und (2) gegeben sind, müssen sich E_ und E^ wie folgt veränderns

Ε_θ| = E_o sin (wt + 0) (3)

Ie^I = E cos (wt + 0) (h)

Diese Beziehungen sind zur Erklärung und zur Analyse des nachfolgend beschriebenen Geräts nützlich.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Rundhohlleiters 1, der mit einem TM_Q1-Signalkoppler 2 versehen ist. Der Ausgang des Signalkopplers 2 ist über einen rechtwinkligen Hohlleiter 3 mit einem Ferritphasenmodulator k verbunden. Der Ausgang des Phasenmodulators h ist über einen anderen rechtwinkligen Hohlleiter· 5 mit einem quadratischen Hohlleiter 6 verbunden. Der Rundhohlleiter 1 ist über einen Polarisatorabschnitt 7 und einen als Übergang dienenden Hohlleiterabschnitt 8 mit dem einen Ende des quadratischen Hohlleiters 6 verbunden. Der Phasenmodulator k hat einen Steuereingang, der an eine koaxiale Verbindung 9 angeschlossen ist.

Die Hohlleiteranordnung (Bezugszeichen 1 bis 9 in Fig. 2) bildet einen Teil eines nachfUhrbaren oder steuerbaren Antennengeräts, das vorgesehen ist, um die elektromagnetische Strahlung einer entfernten Quelle S aufzufangen und sie in den Hohlleiter 1 zu leiten. Das Antennengerät kann

209848/1018

einen einfachen Hornstrahler, eine Anordnung von Reflektoren nach Cassegrain oder Gregor oder einen gefalteten Hornstrahler umfassen. Zur besseren Übersichtlichkeit zeigt die Fig. 2 nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile der Vorrichtung für einen einfachen, nicht gefalteten Hornstrahler oder Reflektor, bei dem der Punkt 0 ein Punkt im Zentrum der Öffnung der Vorrichtung ist, und bei dem die Linie OP die Ausdehnung der Achse des Hohlleiters darstellt. Das Antennengerät ist gegen eine entfernte Quelle S mit einer leichten Fehlausrichtung ausgerichtet, welche zu messen ist. Die Fig. 2 zeigt in einer geometrischen Konstruktion die weiter unten zur Festlegung und Messung der Fehlausrichtung verwendeten Parameter. Wie bereits erwähnt wurde, gibt die Linie OP bei dieser Konstruktion die Verlängerung der Achse oder der Bohrung des Hohlleiters 1 an. OH ist eine horizontale Linie, und die Ebene POHX wird als Bezugsebene verwendet. OQYP ist eine vertikale Ebene, die auf der Bezugsebene POHX senkrecht steht. OS ist die Blickrichtung zur entfernten Quelle. OWSP ist die Blickebene, die die Linie OP und die Blickrichtung OS enthält. 0 ist der Winkel zwischen der Blickebene und der Bezugsebene, der in einer senkrechten Ebene zur Linie OP gemessen wird, θ ist der Winkel zwischen der Blickrichtung OS und der Linie OP. In der Praxis ist der Winkel θ sehr klein und beträgt wahrscheinlich nur einen Bruchteil eines Grades, Der Zweck der Vorrichtung ist es, diesen Winkel möglichst klein zu machen. Der Winkel 0 kann jeden Wert zwischen Null und 360 Grad annehmen. Er muß gemessen werden, um zu bestimmen, wie das Antennengerät nachzuführen oder zu steuern ist, um den Winkel θ möglichst klein zu machen.

209848/1018

Der in der Fig. 2 dargestellte Hohlleiter (Bezugszeichen 1 bis 8) wird vorzugsweise dicht bei einem nicht dargestellten Speisehornstrahler im steuerbaren Teil des Antennengeräts angeordnet. Fig. 3 zeigt ein Blockdlagramm einer Empfänger- und Bahnverfolgungsnachführvorrichtung, von der zumindest einige Teile in einer herkömmlichen und gut zugänglichen Lage angeordnet sind, und die mit den Teilen 6-9 der Fig. 2 auf herkömmliche Weise verbunden ist.

Fig. 3 zeigt den quadratischen Hohlleiter 6, der über einen Diplexer 10 mit einem Mikrowellen-Meßwertumformer 11 und einem Mikrowellenempfänger 12 verbunden ist. Der Empfänger 12 hat zwei Ausgänge, die jeweils mit einem phasenempfindlichen Detektor 13 und einem Bahnverfolgungsnachführsystem 15 verbunden sind. Ein Sägezahngenerator 14 ist über die koaxiale Verbindung 9 an den Modulator k der Fig. 2 und auch an einen Bezugseingang des Detektors 13 angeschlossen. Der Detektor 13 hat einen Ausgang, der mit dem System 15 verbunden ist.

Die entfernte Quelle S, die ein Relaistransponder in einem Satelliten sein kann, Übermittelt Zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen. Fig. k zeigt die Beziehungen zwischen verschiedenen nützlichen Darstellungen dieser Wellen unter dem Blickpunkt eines Beobachters im Hohlleiter 1.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Geräte erlauben den Empfang und die Übertragung von Mikrowellensignalen wie mit herkömmlichen Einrichtungen. Beim Senden werden die Signalschwingungen oder Wellen vom Meßwertumformer 11 über den Diplexer 10 und die Hohlleiter 6, 8, 7 und 1 zu der

209848/1018

nicht dargestellten Antenne übertragen. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich jedoch auf die Ableitung einer Bahnverfolgungsinformation aus den empfangenen Signalen.

Wenn von der Quelle S Mikrowellensignale im Rundhohlleiter 1 empfangen werden, und wenn die Quelle S nicht genau mit der Achse des Hohlleiters (wie beispielsweise in Fig. 2) ausgerichtet ist, pflanzen sich Wellen in zwei vorherrschenden Signalmoden TE₁₁ und TM₀₁ entlang dem Hohlleiter gegen den Polarisator 7 fort.

Bei der Konstruktion der Ubertragungseinrichtungen zu Satelliten ist es allgemein üblich, ein Leitstrahlsendesignal mit schmaler Bandbreite vorzusehen, das durch den Satelliten ausgestrahlt wird, um die mit dem Flugweg oder der Flugbahn verknüpften Operationen zu verstärken» Dieses Signal wird durch die Bahnverfolgungs- oder Flugwegantenne mit den Hauptübertragungssxgnalen empfangen. In der folgenden Beschreibung wird zur Vereinfachung angenommen, daß die betrachteten Signale von den Leitstrahlsendesignalen mit schmalem Band abgeleitet sind, und daß alle möglichen Auswirkungen der Übertragungssignale und deren Modulation nicht beachtet werden.

In der bereits erwähnten Zeitschrift ist gezeigt, daß die im Hohlleiter 1 erregten TE.. ..-Signale oder Wellen von den E_- und den E^-Komponenten der von der entfernten Quelle S übertragenen Signale so abhängen, daß die TE₁ ..-Signale oder Wellen im Hohlleiter 1 eine zirkuläre Polarisation besitzen, die der zirkulären Polarisation der Quellensignale entspricht. Daher können sie durch Vektoren bE und bE dar-

y χ

gestellt werden, wobei b eine Konstante ist (Figo h).

209848/1018

Der Polarisator 7 ist ein herkömmliches Bauteil. Er umfaßt im wesentlichen eine Stegrundhohlleitung oder eine abgeflachte Rundhohlleitung solcher Länge, daß die sich mit ihrem elektrischen Feld transversal zur Längskante fortpflanzenden Signale eine Phasenverzögerung von 90 in bezug auf die sich mit ihrem Feld parallel zur Längskante fortpflanzenden Signale aufweisen. Wie in der Fig. k dargestellt, können die den Polarisator 7 im Hohlleiter 1 erreichenden zirkulär polarisierten TE ..-Wellen als Resultierende der Komponenten E. und E₁__ betrachtet werden, deren Größen jeweils gegeben sind durch

= E sin (wt + 1ί)
und JE₁OcI ⁼ ^₁ cos (wt + 1Ϊ)

wobei E eine Konstante ist. Der Polarisator 7 ist mit seiner Längskante zur Bezugsebene POHX unter 4 5 angeordnet,

um die Komponente E o_ um einen Phasenwinkel von 90 in bezug auf die Komponente Ei,e zu verzögern. Daher treten die Komponenten E,_ und E₁^- verschoben in den Polarisator 7 ein. Sie verlassen diesen aber miteinander in Phase, so daß sie eine Resultierende in den Hohlleitern 8 und 6 bilden, die in der vertikalen Ebene OQYP linear polarisiert ist, und die sich mit einer Phase ändert, die der Phase der E, -Komponente entspricht.

Auf der anderen Seite werden TM₀ -Wellen oder Signalschwingungen im Hohlleiter nur durch die E_o-Komponente erregt. Diese ändern sich mit einer Phase, die der Phase der E -Komponente (Gleichung 3) entspricht. Für kleine Fehlausrichtungen ist ihre Amplitude proportional zur Größe des

2098Ag M018

Winkels θ. Der TM_ -Signalkoppler 2 spricht auf diese Signale an, indem er entsprechende Signale (in einer TE-Welle) in den Hohlleiter 3 fortpflanzt, und durch den Ferrit-Phasenmodulator k in den Hohlleiter 5. Der Sägezahngenerator 14 speist ein Sägeζahn-Nachführsignal mit einer Frequenz von 1 kHz in den Modulator h ein, wodurch er den Modulator k veranlaßt, den sich in ihm fortpflanzenden Signalen eine Phasenverschiebung zu verleihen, die sich im wesentlichen linear von Null bis 36O° in jeder Periode des Sägezahn-Nachführsignals verändert.

Daraus folgt, daß die Amplitude der beiden Signale» die vom Hohlleiter 5 und vom Übergangsstück 8 in den Hohlleiter 6 eingespeist werden, jeweils durch die Ausdrücke ΑΘ sin (wt + 0 + 2 7Tt + C) und B sin (wt + D) dargestellt

T
werden können, wobei A, B, C und D Konstante und T die Perlode des Sägezahn-Nachführsignals bedeuten. Entweder die eine oder die andere der beiden Konstanten C und D können ohne Verlust an Allgemeingültigkeit gleich Null gesetzt werden, indem die Zeit t in einem geeigneten Augenblick gemessen wird. Die Hohlleiterteile 2, 3» 5 und 8 können solche Längen haben oder aber in einem von ihnen eine feste Phasenverstellvorrichtung aufweisen, daß die Konstanten C

2 IF
und D gleich sind. Der Faktor kann durch ein Symbol m dargestellt werden, so daß die relativen Amplituden der beiden in den Hohlleiter 6 eingespeisten Signale jeweils durch die einfacheren Ausdrücke ΑΘ sin (wt + 0 + mt) und B sin wt dargestellt werden können. Sie werden vektoriell im Hohlleiter 6 zusammengefaßt, um ein resultierendes Signal der Trägerfrequenz w zu bilden, das in der Phase und in der Amplitude entsprechend der veränderlichen Phasendifferenz 0 + mt moduliert ist, und zwar in einem Maß, das vom Verhältnis der Faktoren ΑΘ und B abhängt.

209848/1018

Der Mikrowellenempfänger 12, der ganz von einer herkömmlichen Bauart ist, erfaßt die Amplitudenmodulation des resultierenden Signals vom Hohlleiter 6 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Der herkömmliche phasenempfindliche Detektor 13 vergleicht das Ausgangssignal des Empfängers 12 mit dem Sägezahn-Nachführsignal des Generators 1U und erzeugt ein Signal, das die Phasendifferenz dieser Signale anzeigt, die ihrerseits die Größe des Winkels 0 ergibt. Der Empfänger 12 erzeugt auch ein Signal, das den Modulationsgrad der Amplitudenmodulation angibt, die im wesentlichen proportional zum Winkel θ ist. Diese Signale geben daher die Richtung und das Ausmaß der Fehlausrichtung an. Sie sind daher geeignet zur Nachführung oder Steuerung des Systems 15» um die Fehlausrichtung möglichst klein zu machen, indem sie azimutale und die Höhe verändernde Bewegungen im Sinne und im Ausmaß abhängig vom Richtungssignal (durch 0 angezeigt) und in der Größe abhängig vom Ausdehnungssignal (durch θ angezeigt) verursachen. Das System 15 kann von herkömmlicher Art sein. Beispielsweise ist es ähnlich dem in der bereits erwähnten Zeitschrift beschriebenen System.

Es wurde lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Andere, abweichende Ausführungsbeispiele der Erfindung können ebenso nützlich oder vorteilhaft sein. Der Phasenmodulator h kann beispielsweise durch einen Gegentaktmodulator mit Dioden ersetzt werden, wobei dann der Sägezahngenerator lh durch einen Sinussignalgenerator ersetzt wird. Es kann Jede geeignete Modulierfrequenz verwendet werden. Es können Filter vorgesehen werden, die entweder unerwünschte Seitenbänder unterdrükken, oder die verhindern, daß eine große Umformerenergie

209848/1018

den Modulator- erreicht. Wenn die Erfindung in einer gefalteten Hornantenne oder in einer anderen Antennenvorrichtung verwendet wird, die nicht mit einer direkten Blicklinie zwischen einem Speisehohlleiter und der entfernten Quelle versehen ist, dann ist die Blickrichtung OS in der Fig. 2 so zu verstehen, daß sie die mittlere Richtung der auf die Speisehohlleitung einfallenden Wellen angibt. Die Winkel 0 und θ weisen dann eine Beziehung zur Fehlausrichtung der Antenne auf, die durch die Geometrie der Antennenvorrichtung bestimmt ist, und die sofort im Bahnverfolgungsgerät berücksichtigt werden kann. Mit dem Polarisator 7» der im Hohlleiter 1 zwischen dem Signalkoppler 2 und dem Speisehorn des Antennengeräts vorgesehen ist, können auch andere Teile verbunden sein. Wenn der Polarisator 7 weggelassen wird, dann wild das Verhältnis zwischen dem Signal und dem Rauschen in einem großen Maß heruntergesetzt, wenn nicht eine Vorrichtung zur zirkulären Polarisation des modulierten Signals in den Hohlleiter 5 eingeführt und der zweite Koppler so ausgebildet wird, daß er zirkulär polarisierte Wellen kombiniert.

Es ist nicht wesentlich, daß durch den Satelliten ein getrenntes Leitstrahlsignal erzeugt wird. Die Erfindung kann mit den HauptubertragungsSignalen arbeiten, obwohl dadurch ein zusätzliches Rauschen in die Verbindungsschaltungen eingeführt wird.

Die in das System 15 eingespeisten Signale stellen die Polarkoordinaten der Signalquelle dar. Sie werden in kartesi sehe Koordinaten umgewandelt, bevor sie zur Nac hführuiifj der azimutalen und der die Höhe einstellenden Hilfseinrichtungen des Bahnverfolgungsgeräts geeignet Mud. In

209848/1018

einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Bahnverfolgungssignale direkt· in kartesischen Koordinaten in bezug auf die Ebenen POHX und OQPY (Fig. 2) umgeformt.

Hierfür wird im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben.

Das in der Fig. 5 dargestellte Gerät erfüllt ähnliche Funktionen wie das in der Fig. 3 dargestellte Gerät. Daher sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Ausgang des Mikrowellenempfängers 12 ist mit den Signaleingängen von vier synchronen Detektoren 20, 21, 22 und 23 verbunden. Ein Signalformgenerator 14· ersetzt den Sägezahngenerator '\k der Fig. J. Er erzeugt eine treppenförmige Signal spannung, die in den Steuereingang des Modulators k eingespeist wird. Er erzeugt auch vier Folgen von synchronen Impulsen, welche jeweils die Detektoren 20 - 23 steuern. Die Detektoren 20, 21, 22 und 23 haben jeweils Signalausgänge h1, h2, v1 und v2, die jeweils mit Integratorkreisen 2k, 25, 26 und 27 verbunden sind. Die Signalausgänge h'1 und h*2 der Integratorkreise 2k und 25 werden jeweils in einem Differenzverstärker 28 subtrahiert. Die Signalausgänge v'1 und v'2 der Integratorkreise 26 und 27 werden jeweils in einem anderen Differenzverstärker 29 subtrahiert. Der Ausgang des Differenzverstärkers 28 ist mit einem Steuereingang des Bahnverfolgungssystems 15' verbunden, während der Ausgang des Differenzverstärkers 29 mit einem anderen Steuereingang des Systems 15' verbunden ist.

Fig. 6 zeigt Wellen- oder Signalformen (d), (e), (f), (g), (h), (j) und (k), die gegen eine gemeinsame waagrechte

209848/1018

Zeitachse aufgetragen sind. Die Wellen- oder Signalformen (d), (e), (f), (g) und (h) stellen jeweils treppenförmige Wellen- oder Signalformen und gerade die vier synchronisierenden Impulsfolgen dar, die alle durch den Signalformgenerator i4^f erzeugt werden. Die Signalform (j) stellt die Umhüllende eines typischen amplitudenmodulierten Signals dar, das im Hohlleiter 6 durch die vektorielle Kombination des Signals vom Modulator k mit dem Signal vom Polarisator 7 gebildet wird. Die in die Umhüllende eingezeichnete Sinusschwingung erinnert an die Trägerfrequenz, die tatsächlich von einer vergleichsweise so hohen Frequenz ist, daß sie nicht auf herkömmliche Weise in die gleiche Zeitskala eingezeichnet werden kann. Die Signalform (k) stellt das Ausgangssignal des Empfängers 12 dar.

Die vier Impulszüge (e), (f), (g) und (h) lassen die vier Detektoren 20, 22, 21 und 23 in dieser Reihenfolge arbeiten. Die Zeitintervalle, die den ersten vier Stufen der Signalform (d) entsprechen, sind jeweils mit T₁, T„, T„ und T. bezeichnet. Der Modulator k_t der nun durch die Welle oder Signalform (d) gesteuert wird, überträgt auf das von der TM₀₁-WeIIe oder Signalschwingung abgeleitete Signal eine Phasenverschiebung, die in Schritten vorrückt, die ihrerseits so ausgebildet sind, daß sie Schritte von 90 sind. Wie oben erzeugt eine Fehlausrichtung der Linie OP von der Einfallsrichtung OS der empfangenen Signale eine zusätzliche Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen, die im Hohlleiter 6 vereinigt werden. Mathematisch beruht die Wirkung dieser Phasenmodulation in Stufen darauf, daß der linear anwachsende Faktor mt durch einen Faktor M(t) ersetzt wird, der jeweils während der Zeitintervalle T₁,

Ti TiT T , T und Tr die Werte 0, -^- , und -~- annimmt. Die

209848/1018

Detektorausgänge h , h„, ν und v„ stellen jeweils während der Zeitintervalle T₁, T_, T_ und T. die Amplituden des resultierenden Signals dar.

Diese Ausgangssignale werden in den Integratorkreisen 2k, 25, 2.6 und 27 jeweils gespeichert, so daß h.. und h₂» v. und v₂ in den Differenzverstärkern verglichen werden können. Ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 28 stellt den Unterschied zwischen der Amplitude während des Zeitintervalls T und der Amplitude während des Zeitintervalls T-dar. Wenn ΑΘ wesentlich kleiner ist als B, dann ist dieser Unterschied proportional zu θ cos 0. Wenn ΑΘ im Verhältnis zu B nicht klein ist, dann hängt dieser Unterschied von θ cos 0 entsprechend einer komplizierteren und nicht linearen Beziehung ab. Er hat jedoch das gleiche Vorzeichen wie cos und wächst an, wenn θ cos 0 anwächst, so daß er als Bahnverfolgungssignal zum Betrieb des Systems 15' und dazu verwendet werden kann, um θ cos 0 möglichst klein zu machen. Auf gleiche Weise hängt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 29, das den Unterschied zwischen der Amplitude während des Zeitintervalls T„ und der Amplitude während des Zeitintervalls T. darstellt, von θ sin 0 ab, und kann ebenso als Bahnverfolgungssignal verwendet werden.

Auf diese Weise erzeugen die Ausgänge der Differenzverstärker Signale zur Steuerung von Bahnverfolgungs-Servosysteraen, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen arbeiten, um die Fehlausrichtung zwischen den Linien OP und OS in Fig. 2 auf einem möglichst kleinen Wert zu halten. Die Stufenfolge der Signalform (d) kann in jede andere Ordnung gebracht werden, wenn die Verbindungen der Detektoren entsprechend umgeändert werden.

2098*8/101·

Claims

Patentansprüche

1 .J Gerät zur Nachführung oder Steuerung einer nachführbaren Antenne, um elektromagnetische Wellen von einer entfernten Quelle aufzufangen, mit einem Rundhohlleiter, in dem die elektromagnetischen Wellen TM₀₁-Modussignale und TE -Modussignale entwickeln können, mit einem Koppler vom TM -Typ, der mit dem Rundhohlleiter verbunden ist, und mit einem Empfänger, um Bahnverfolgungsnachführsagnale abzuleiten, die von der Phase und Amplitude der TM₀₁-Modussignale in bezug auf die TE -Modussignale abhängen, und die Parameter für eine Fehlausrichtung zwischen der Richtung der nachführbaren Antenne und der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Wellen anzeigen, dadurch gekennzeich net, daß der Empfänger (Fig. 2 und 3 oder Fig. 2 und 5) aufweist einen Modulator (h, 14), der das Ausgangssignal des Kopplers (2) vom TM₀₁-Typ moduliert, einen weiteren Koppler (5» 6), der die Ausgangssignale des Modulators (4, 14) mit den aus den TE -Modussignalen abgeleiteten Signalen vereinigt, wodurch ein amplxtudenmoduliertes resultierendes Signal gebildet wird, und einen Detektor (12 und 13 oder 12 und 20, 21, 22, 23), der aus der Modulation des resultierenden Signals Bahnverfolgungsnachfuhrsignale ableitet.
2. Gerät nach Anspruch 1, in den die im Rundhohlleiter gebildeten TE .-Modussignale zirkulär polarisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rundhohlleiter (i) und dem Koppler (6) zur Ableitung von linear polarisierten Signalen aus den TE₁₁-ModusSignalen ein Polarisator (7) vorgesehen ist.

209848/1018
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (k, 14) aufweist einen Phasenmodulator (4), der die Phase des TM_n -Modussignals zyklisch in bezug auf die TE -Modussignale vorschiebt, und einen Sägezahngenerator (i4), der ein Sägezahnmodulations-Nachführsignal in den Phasenmodulator (k) einspeist.
h. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (13) phasenempfindlich ist und die Phase der resultierenden Signale mit der Phase des ModulationsnachfUhrsignals vergleicht, und daß der Detektor (13) Signale ableitet, die die Richtung (0) der Fehlausrichtung zwischen der vorbestimmten Achse (OP) der Antenne und der mittleren Richtung (OS) der entfernten Quelle (s) anzeigen.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (h, 14) einen Generator (1k) für Treppensignalwellen aufweist, der ein Treppenmodulationssteuersignal (d) mit vier Stufen in den Modulator (k_t 14) einspeist, wobei der Phasenmodulator (h) die Phase des TM₁ .j-Modussignals bei jeder Stufe der Welle (d) um 90° vorschiebt.
6. Gerät nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch vier Detektoren (20, 21, 22, 23), die synchron zu den Stufen der Welle (d) arbeiten, und durch Differenzverstärker (28, 29), die mit jeweils zwei Detektoren (20, 21, 22, 23) verbunden sind, um Differenzsignale abzuleiten, die Parameter einer Fehlausrichtung zwischen der vorbestimmten Achse (OP) der

209848/1018

Antenne und der mittleren Richtung (OS) der entfernten
Quelle (s) angeben.
7. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (k, ^k) einen Generator für ein Sinusmodulations-Nachführsignal aufweist, und daß der Modulator (h) ein Dioden-Gegentaktmodulator ist, der durch einen bevorzugten Frequenzbereich das TM-... -Modussignal zyklisch in der Frequenz moduliert.

209848/1018