DE2362493A1

DE2362493A1 - Bodenantennenanlage fuer satelliten

Info

Publication number: DE2362493A1
Application number: DE2362493A
Authority: DE
Inventors: Aaron David Bresler; Manfred Otto Erdmann; Emanuel Stein
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1972-12-19
Filing date: 1973-12-15
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2210840B1; FR2210840A1; JPS5047542A; BR7309964D0; AU6340673A; CA992197A; US3852765A

Description

A.D.Bresler-E.Stein-M.O.Erdmann 1-8-4

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Bodenantennenanlage für Satelliten

Die Erfindung betrifft eine Bodenantennenanlage, insbesondere Bodenantennenanlage für Satellitensysteme, mit einem sphärischen Hauptreflektor und einem Hilfsreflektor und einer Strahlungsquelle.

Solche Antennen werden bei Satelliten-Kommunikationssystemen benötigt, über die Satelliten können z.B. Pernsehübertragungen oder Datenübertragungen über weite Entfernungen erfolgen. Bei kommerziellen Übertragungssystemen werden für den Empfang das 500 MHz breite Band.von 3,7 bis 4,2 GHz und zum Senden das 500 MHz breite Band von 5,925 bis 6,425 GHz verwendet. Die Übertragung ist aber nicht auf diese Frequenzen beschränkt·.

Bei den bekannten Antennensystemen muß ein-Umschalten zwischen Satelliten (innerhalb der synchronen Äquatorialebene), deren Richtungen zwischen 4° und 50° auseinanderliegen, möglich sein, um den Störeinfluß der Sonne verringern zu können und bei Ost-West-Bewegungen Umschaltungen zu ermöglichen. Die Satelliten-

Sm/Scho

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auswahl findet statt durch Umschalten zwischen im -Voraus festgelegten Antennen, durch Umschalten zwischen im Voraus festgelegten Mehrfach-Strahlungsquellen innerhalb eines gemeinsamen Reflektors oder durch mechanische Ausrichtung einer einzelnen Antenne. Die erste und dritte Methode haben die Nachteile hoher Kosten bzw. der Unterbrechung der Verbindung während des Umschaltens.

Bei einer Anzahl der bekannten Sätellitensysteme arbeitet eine Bodenstation mit mehreren Satelliten.

Man benötigt für zukünftige Sätellitensysteme eine verhältnismäßig große Anzahl von Antennen. Deshalb müssen diese Antennen wirtschaftlich herstellbar und leicht zu errichten sein.

Es gibt eine Anzahl bekannter Doppel-Reflektor-Systeme, mit denen mehrere Strahlungskeulen erzeugt werden können. Einige der bekannten Systeme haben einen sphärischen Hauptreflektor. Die Strahlungsausrichtung bei Antennen mit festem sphärischem Reflektor ist nicht neu. Sphärische Reflektoren mit beweglichen Strahlungsquellen und einem Durchmesser von 3,5 m oder mehr wurden bei schnell schwenkbaren Radarantennen und bei Strahlungsmessern verwendet. Ein sphärischer Reflektor von ca. 300 m Durchmesser und einer Strahlungsquelle, mit der in jeder Richtung eine Strahlungs ausrichtung von ί 20 möglich ist, -wird seit einigen Jahren für radioastronomische Messungen in Puerto Pico verwendet.

Es sind auch Systeme bekannt, die parabolische Reflektoren in Cassegrain-Anordnung haben, die für 2 Strahlungskeulen mit Ausstrahlrichtungen außerhalb der Achse und einem maximalen Trennwinkel bis zu 8° gedacht sind. Dies ist ein wirtschaftliches

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Verfahren zur begrenzten Strahltrennung und zur Ausstrahlung zweier Keulen unter Verwendung der gleichen Haupt-/Hilfsreflektoranordnung mit zwei Strahlungsquellen. Dies, geht ab.er auf Kosten einer Verminderung des Gewinns. Die Seitenkeulen nehmen mit zunehmendem Winkel ebenfalls zu. Durch die Be- grenzung des Trennungswinkels ist diese Antenne für Anwendung in Satellitenkommunikationssystemen, bei denen große Trennungswinkel notwendig sind, ungeeignet. ,

Bei den Satellitensystemen sollten Trennungswinkel zwischen .bis über 40 vorhanden sein. Der am häufigsten verwendete Winkelbereich (Elevation) liegt bei den meisten Satellitensystemen zwischen 20 und 70 ; eine universal einsetzbare Antenne sollte jedoch einen Winkelbereich von 5° bis 90° haben.

Die Antenne soll überall auf der Erde einsetzbar sein. Der Fre-' quenzbereich liegt vorwiegend bei den oben angegebenen Vierten. Er sollte aber bis 31 GHz reichen und das Strahlungsdiagramm sollte eine Breite von 0,5° bis 0,2° besitzen.

Wirtschaftliche Überlegungen spielen bei der Planung einer Antennenanlage nach den obigen Erfordernissen eine Kauptrolle. Es werden folgende Anforderungen gestellt: . Reflektoren und Strahlungsquelle müssen .unter Verwendung verfügbarer Materialien einfach herstellbar sein, es dürfen keine kritische-!Montagetoleranzen und Oberflächengenauigkeiten gefordert werden und .die Antennenanlage muß am Montageort einfach zu errichten sein.

Beim Aufbau einer Antennenanlage mit sphärischen Reflektoren hat man große Schwierigkeiten damit, daß die sphärischen Reflektoren in Wirklichkeit keinen genau definierten Brennpunkt

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Uli ItIf

haben. Der axiale Brennpunkt ist lediglich der Scheitelpunkt der Reflektoroberfläehe und stellt deshalb den Punkt maximaler Energiedichte dar. Die Anregung eines sphärischen Reflektors durch eine einzelne punktförraige Strahlungsquelle verursacht gewisse quadratische Phasenfehler.

Diese Phasenfehler können durch geeignete. Strahlungsquellen und Korrektur-Reflektoren korrigiert werden. Diese Geräte können jedoch für Satellitenkommunikationssysteme nicht verwendet werden, denn sie sind schmalbandig und somit für die gewünschte Antennenanordnung, bei der bei H und 6 GHz große Bandbreiten notwendig sind, ungeeignet.

Wird ein sphärischer Reflektor mit einer einzelnen punktförmigen Strahlungsquelle verwendet, dann ist der brauchbare Aperturdurchmesser durch den maximal erlaubten Phasenfehler bestimmt. '

Es sind Reflektoren mit kurzer Brennweite bekannt, bei denen der Hilfsreflektor den Aperturphasenfehler korrigiert und mit denen genügend schmale Strahlbreiten erhältlich sind.

Die Form des Hilfsreflektors ist durch eine trigonometrische Gleichung festgelegt, die für eine genaue Korrektur der Weglängen aller Strahlen innerhalb eines bestimmten zylindrischen ; Durchmessers sorgt. Die benötigten Hilfsreflektoren sind nicht sphärisch. Wenn der Aperturdurchmesser und die nominale Brennweite festgelegt sind, dann hat der benötigte Hilfsreflektor eine Mindestgröße, durch die die kleinste Strahltrennung auf 8° beschränkt wird. Da die Hilfsreflektoren nach dem Stand der Technik nicht sphärisch sind, können die einzelnen Hilfsreflektoren nicht so nebeneinander angeordnet werden, daß ihre Gesamtoberfläche keine Unstetigkeitsstellen aufweist.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Antennenanlage so zu konstruieren, daß Strahltrennungen über einen großen Winkelbereich möglich sind und daß die Antennenanlagen wirtschaftlich herstellbar und leidfcmontierbär sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigt: . ' " .

Pig.IA eine geometrische Darstellung zur Ermittlung des Phasenfehlers in der Äperturebene eines sphärischen Reflektors; ;

Fig.IB eine Darstellung der Winkelabhängigkeit des Phasenfehlers bei Verwendung einer punktförmigen Strahlungsquelle j . " -■ "

Fig.2 eine geometrische Darstellung einer Antenne mit 2 sphärischen Reflektoren; '

Fig. 3 und Fig..4 ^ . .

Schaubilder, in denen"die Phasenfehler in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern'dargestellt ist;.

Fig.5 eine geometrische Darstellung zur Ermittlung der ■ relativen Abmessung von Hilfsreflektor und Strahlungsquelle; ■"■-■■'. :'■"""-

Fig.6 ein Diagramm, in dem die benötigte Reflektorfläche als Funktion der Winkeltrennung bei einem '2-Strahlsystem aufgetragen ist;

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. Pig.7 die Abhängigkeit der Strahlabschirmung bei einem 2-Strahldoppelreflektor von dem Strahltrennwinkel;

Fig,8A und 8B

eine mögliche Anordnung von Hauptreflektor, Hilfsreflektor und Strahlungsquelle;

Fig.9A und 9B

eine perspektivische Darstellung einer Antennenanlage,

-Bei den sphärischen Doppelreflektorantennen zur Trennung von Strahlungskeulen, die einen Winkel von 2° bis 70° miteinander bilden, eigen sich für die Reflektoren besonders toroidförmige sphärische Flächen mit gleichem. Mittelpunkt für die Krümmungsradien der Haupt- und Hilfsreflektoren in Cassegrain-Anordnung. Dadurch ist eine Strahlschwenkung in der Orbitalebene (Stunden/Winkeldrehung) über einen Bereich möglich, der nur durch die Anordnung einer oder mehrerer Strahlungsquellen entlang eines kreisförmigen Bogens bestimmt ist, ohne daß Hauptreflektor oder Hilfsreflektor bewegt werden müssen.

Theoretisch ist es möglich, die Kombination punktförmige Strahlungsquelle-Hilfsreflektor durch eine entsprechende virtuelle Strahlungsquelle, die in erster Näherung eine punktförmige Strahlungsquelle ist, zu ersetzen. Deshalb ist es bei der Untersuchung der Phasenfehler in der Aperturebene gleich, ob die Strahlung mit Hilfe eines Hilfsreflektors auf den Hauptreflektor reflektiert wird oder ob der Hauptreflektor direkt von einer punktförmigen Strahlungsquelle angestrahlt wird.

Berechnungen über sphärische Reflektoren mit punktförmi^er Strahlungsquelle findet man in T.Li, A Study of spherical P.eflefetors as Wide Angle Scanning Antennas, Trans. IRE-AP, 7, J, S.22?-226

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• ■ -7- ;

A.D.Eresler Χ—8—ί| .

Juli 1959· Eine geometrische Darstellung zeigt Pig.IA. Die in Pig.IA eingeführten Koordinaten werden auch in den anderen Figuren verwendet. Der Winkel ν wird als ν»-2 θ angenommen, damit bei der Berechnung der Weglängenunterschiede die Gerade SAT parallel zur x-Achse angenommen werden kann. Mit dieser Nähe- ' rung ist der normierte Weglängenf'ehier _: '

5 = 1-1 = (FS+SÄ) - (FP+EQ) ·

Aus Fig.IA und IB ist für einen Hornstrahler, der vom Scheitelpunkt des Reflektors den normierten Abstand f<0,5 hat, zu sehen, daß wenn man den Weglängenfehler gegen den Winkel θ aufträgt., der Weglängenfehler langsam auf ein Maximum anwächst und.dann schnell- bis zu großen negativen Werten abnimmt. Bei einer optimalen Anordnung ist der Weglängenfehler am Rand der Apertur gleich Null. Bei einem gegebenen Verhältnis von F/D (P/D-= R/2D =O,25/sin &_A)gibt es,wie aus Fig.IA und IB ersichtlich, eine genau bestimmte optimale Anordnung der Strah-Ιυ^εςμβίΐβ .mit einem dazugehörigen, genau bestimmten Weglängen!*· fehler. Nimmt das Verhältnis F/D zu, dann verschiebt sich die optimale Lage der Strahlungsquelle, näher zürn axialen Scheitel hin und der dazugehörige, maximale Weglängenfehler, wird kleiner. Bei einer Antenne mit 2 sphärischen Reflektoren sind die Verhältnisse entsprechend:

Fig.2 zeigt eine geometrische Darstellung einer Antenne mit 2 sphärischen Reflektoren. Die Koordinatenachsen entsprechen denen aus Fig.IA. Die Antenne besteht aus einem Hauptreflektor dessen Radius R auf 1 normiert ist und einem konzentrischen sphärischen Hilfsreflektor mit einem auf ρ normierten Radius. Der Hilfsreflektor wird von einem Hornstrahler angestrahlt, der um die Strecke σ vom Scheitel des Hilfsreflektors entfernt ist. Die Strahlen sind im allgemeinen (es ist ein Strahl ge- " zeigt, der unter einem Winkel φ gegen die Hauptachse von der ■Strahlungsquelle ausgestrahlt wird) nach der Reflexion am Haüptreflektor bei S nicht mehr parallel zur Hauptachse. In ■ ·.

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dem Parameterbereich, der hier verwendet wird, ist dieser Winkel' normalerweise kleiner als 1°. Bei der Berechnung der .Weglängen kann deshalb'die Gerade SA als parallel zur x-Achse angenommen werden. Mit dieser Näherung ist der ,Weglängenfehler gegeben zu

1-1= (FP+PS+SÄ) - (FV+VT+TW) · ·
ο

Die zur Berechnung des Weglängenfehlers benötigten Formeln sind

α² = σ² + lJp(p+a)sin² - . (1)

sin Q = fi-^-I (2)

_α- ,,-.-, sin 2Ψ-Ρ8ΐηΨ> (3)

= i {(ρ+σ) cos 2Ψ-ροο3Ψ}
Xg = cose= ϊ (ρ(ρ+σ) βίηΨ sin (2Ψ+^) + Qcos (2Ψ +Y)λ (4)

Υ_α = sine= J ί-ρ(ρ+σ) sinT cos (2Ψ+ν) + Qsin (2Ψ +V)}

2 2 2 »2 2
Q =α^ -ρ^ώ (ρ+σ)^ sin Ψ

β² = (1-ρ)² + itpsin² \ (Θ-Ψ) ' (5)

β = (α-σ) + O-(l-pöJ + {?^OS9 " °°^5θ·Λ - (l-cosS.)} (6)

^η cos C20 - (2Ψ "^{ΛνΊ Ä}

- (1 - cos6) (wobei

Aus diesen Gleichungen sind allgemeine Schlußforderungen nur durch umfangreiche Rechnungen möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Weglängenfehler in Abhängigkeit vom Aperturwinkel θ den in Pig.IB dargestellten Verlauf hat. Bei der Doppelreflektorantenne ist der optimale Abstand Hornstrahler-Hilfsreflektorscheit-el eine Funktion des Verhältnisses F/D und des Hilfsreflektorr,a£ius_A

Aus Pig.3 ist zu entnehmen, daß der optimale Abstand σ von Hornstrahler zu Hilfsreflektor hauptsächlich eine Funktion des Hilfsreflektorradius, ist und daß er. erst in zweiter Ordnung vom Verhältnis F/D abhängt.· Mit zunehmendem ρ nimmt der optimale σ - Wert ab und nähert sich in der gleichen Größenordnung 0, wie sich ρ 0,5 nähert.

Fig.h zeigt, daß der maximale Weglängenfehler hauptsächlich eine Funktion des Verhältnisses FVD ist und erst.in zweiter Ordnung von ρ abhängt. Nimmt ρ auf 0,5 ab, dann nähert sich .der maximale Weglängenfehler dem Wert für einen sphärischen Reflektor "mit einer optimal angeordneten, punktförmigen Strahlungsquelle.

Durch die räumliche Ausdehnung von Hilfsreflektor und StrahlungsqieLle, die in der Ausstrahlungsrichtung angeordnet sind, kann die Strahlung nicht in alle Richtungen ungestört abgestrahlt werden. Der Bereich, in dem infolge der räumlichen Versperrung durch Strahlungsquelle und Hilfsreflektor keine Ausstrahlung möglich ist, wird mit Sperrdurchmesser bezeichnet . · ' ■ '

Mit den Angaben aus den Fig.3 und 4 kann man sagen, daß man für eine optimale Anordnung ρ so groß- wie möglich wählt, um den Weglängenfehler klein zu halten und daß man-die Strahlungsquelle möglichst nahe zum Scheitel des Hauptreflektors bringt.

Ein wachsendes ρ hat jedoch auch die Zunahme des Verhältnisses ■- Hilf sreflektor-Hauptreflektor zur Folge und 'das wiederum bewirkt eine Verkleinerung des Ausstrahlbereiches, verursacht durch die räumliche Versperrung durch den Hirfsreflektor.

Die Sperrdurchmesser sind vorwiegend eine: Funktion von ρ und sind erst'in 2.Ordnung vom Verhältnis F/D abhängig. Durch den

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'maximalen vertretbaren Sperrverlust ist deshalb für die praktische Anwendung eine obere Grenze für ρ vorhanden.

Nach unten ist ρ dadurch begrenzt, daß die räumliche Versperrung, die von der Strahlungsquelle verursacht wird, nicht größer als die Versperrung durch den Hilfsreflektor sein soll. In Fig.5 stellt δ den Durchmesser der Strahlungsquelle dar, bei dem die räumliche Versperrung durch Strahlungsquelle und Hilfsreflektor gleich groß ist. Bei festem F/D nimmt· S mit abnehmendem ρ ab und wird eventuell kleiner als der kleinste Durchmesser des Hornstrahlers, der notwendig ist., um den Hilf sreflektor mit der notwendigen Strahlungsverteilung zu bestrahlen.

Bei der praktischen Ausführung der Antenne versucht man, das Verhältnis P/D und den Reflektordurchmesser möglichst klein zu machen. Dadurch wird bei einer Mehrstrahlausführung die benötigte Reflektoroberfläche minimalisiert. Bei einer günstigen Ausführungsform ist die Apertur 11 m und R 16,5 m (P/D=O,75)·

Werden anstatt einer Strahlungskeule mehrere Strahlungskeulen ausgestrahlt, dann nimmt vor allem die räumliche Versperrung zu. Weitere damit verbundene Änderungen sind klein gegenüber diesem Effekt und werden hier vernachlässigt.

Für nahe beieinander liegende Strahlungskeulen einer Mehrstrahlantenne bewirkt die vergrößerte Hilfsreflektorfläche die Anstrahlung einer Aperturfläche, die größer ist, als die bei der Einstrahlantenne. Der mögliche Aperturgewinn wird wegen siner Kleinheit vernachlässigt.

Fig.6 zeigt die Abhängigkeit der Oberfläche des Reflektorsystems vom Strahltrennwinkel bei einem System mit 2 Strahlungskeulen. Die geschätzte Veränderung der Sperrwirkung für diesen Fall ist in Fig.7 gezeigt.

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Aus dem Schaubild in Fig.7 kann man entnehmen, daß bei der Verwendung zweier getrennter Hilfsr'eflektoren für die einzelnen Strahlungskeulen die maximale Sperrverlustzunahme von einemEinstrahlsystem zu einem Zweistrahlsystem ungefähr 0,25 db beträgt. Bei einem Dreistrahlsystem erfolgt eine Zunahme um 0,5 db.

Fig.8A zeigt einai Querschnitt durch eine Mehrstrahldoppelreflektprantennenanordnung, bestehend aus:'sphärischem Hauptreflektor, einem dazu konzentrischen sphärischen Hilfsreflektor, einem Hornstrahler für jede Strahlungskeule. Sind die einzelnen Strahlungskeulen nur durch kleine Winkel getrennt (d.h. kleines Θ), dann überlappen sich die sphärischen Hilfsreflektoren für die benachbarten Strahlen. Dies ist einfach zu verwirklichen, da beide Hilfsreflektoren Segmente derselben sphärischen .Fläche sind. Deshalb besteht für kleinwinklige Strahltrennungen die Antennenanordnung vorzugsweise aus einem Hauptreflektor, der die Form eines sphärischen Torus hat und einem dazu konzentrischen Hilfsreflektor, der ebenfalls die Form eines sphärischen Torus hat; die Hilfs reflektoren sind bis zu einer Strahltrennung von 9,5° zusammenhängend. Bei größeren Winkeln (in diesem Fall bis zu 50°) sind sie getrennt ausgeführt, wie in Fig.SB dargestellt.

Bei dem Antennensystem mit 2 sphärischen Reflektoren ist jede reflektierende Fläche ein Ausschnitt aus einer sphärischen Fläche. Werden einmal die Antennenparameter festgelegt, dann können mit einem Grundwerkzeug Reflektorsegmente für alle Antennengrößen und -Formen hergestellt werden.

Da die grundlegenden Antennenparameter nicht von der Strahlungskeulenzahl oder dem Winkel zwischen den Strahlungskeuleh abhängen, können die Antennenanlagen bei einer Vergrößerung der Anzahl der Strahlungskeülen oder bei gewünschter Zunähme des Strahltrennungswinkels erweitert werden, ohne die Grundform oder die Herstellung^

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Werkzeuge ändern zu müssen. Wie in Fig.8A beschrieben, braucht für jede zusätzliche Strahlungskeule nur eine Strahlungsquelle hinzugefügt und die Flächen von Haupt- und Hilfsreflektor vergrößert zu werden.

Mit der Antennenanlage ist eine Strahlungskeulensteuerung in allen Ebenen möglich.

Fig.8b zeigt eine spezielle Ausführungsform der Antennenanlage nach Fig.8A. Da die einzelnen Strahlungskeulen durch einen größeren Winkel getrennt sind, besteht der Hilfsreflektor aus 2 getrennten Teilen. Jeder Strahlungsquelle ist ein Hilfsreflektor zugeordnet. Entsprechend dieser Anordnung können auch Anlagen mit mehreren Strahlungskeulen aufgebaut werden. " ' '

Die Fig.9A und 9B zeigen eine praktische Ausführungsform der Antenne, bei der darauf geachtet wurde, daß so. wenig wie möglich bewegliche Teile vorhanden- sind. Mit einer solchen Antenne ist es möglich, Umschaltungen von einem Satelliten zum anderen Satelliten vorzunehmen (wenn die Verbindung zum einen Satelliten infolge Sonneneinwirkung schlecht wird oder wenn ein Satellit ausfällt) ohne dabei die Sendung oder den Empfang zu unterbrechen, oder man kann mit minimalen Kosten eine simultane Verbindung zu zwei Satelliten aufrechterhalten.

Ein sphärischer Reflektor hat keine ausgezeichnete Achse. Er kann daher in einer starren Anordnung aufgebaut werden. Es können mehrere Strahlungskeulen gleichzeitig durch entsprechende Anordnung der Strahlungsquellen erzeugt werden. Beim Betrieb mit mehreren Strahlungskeulen ist bei richtiger Dimensionierung der gesamten Anlage keine nennenswerte Beeinträchtigung gegenüber dem Betrieb mit einer Strahlungskeule zu verzeichnen.

Im Gegensatz zu Parabolreflektoren, die je nach Strahlungsriqh-, tung genau ausgerichtet werden müssen, muß hier zur Strahlaus-

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tung oder Strahlnachführung nicht der schwere Hauptreflektor, sondern lediglich _vdie relativ kleinen und leichten Teile der Strahlungsquelle ausgerichtet werden.

Große sphärische Oberflächen können physikalisch in ein Netz ähnlicher Platten mit identischer Oberflächenkrümmung aufgeteilt..werden mit in der Longitudinalri cht ung leicht; konisch zulaufenden Seiten. Diese Platten können mit großer Oberflächengenauigkeit billig hergestellt werden. Der Transport der kleinen Bauteile ist einfach. Beim Zusammenbau des Reflektors können diese Platten auf-einer Haltevorrichtung einzeln justierbar angebracht werden. Die Größe der Reflektoroberfläche kann durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Platten leicht verändert werden. Dadurch ist eine große Flexibilität und Handlichkeit des Reflektors gegeben. ■

Im Gegensatz zu einem schwenkbaren Parabolreflektor, bei dem das ganze Reflektorgewicht von einer kleinen Grundfläche aufgenommen werden muß, wird das Gewicht eines Reflektor^gemäß der Erfindung auf eine große Grundfläche verteilt. Dadurch werden an Boden und Fundament keine speziellen Anforderungen gestellt.

Das automatische Strahlnachführungssystem besteht aus einer Anordnung, mit der es möglich ist, daß der Strahl der entsprechenden Strahlungsquelle dem zugeordneten Satelliten in einem Bereich von - 0,25° folgt, entsprechend dem Satellitendrift in longitudinaler und orbitaler Richtung. . ,

Dadurch,, daß man. mit der Antennenanlage entweder von einem Satel^ liten zum andern Satelliten umschalten oder aber gleichzeitig mit 2- Satelliten arbeiten kann, ist. eine.große Wirtschaftlichkeit, der Anlage vorhanden. . - ...

In den Figuren 9A und 9B sind folgende zur Antennenanlage gehörende Teile^eingezeichnet:

A 0 9 8 2 57 0 9 13

ein sphärischer Hauptreflektor 104, der aus 104 einzelnen Platten besteht, eine Antennenhalterung 105, auf der entsprechende Einrichtungen zur Justierung der einzelnen Platten vorhanden sind, ein Fundament 106, ein sphärischer Hilfsreflektor 107, eine Strahlungsquelle 102.. Zwei Türme 100 und 101, auf denen-Hilfsreflektoren und Strahlungsquellen und die notwendigen elektronischen Geräte vorhanden sind.

Hilfsreflektor und Strahlungsquelle können auch in bekannter V/eise am Hauptreflektor befestigt sein. Durch die Türme wird jedoch die räumliche Versperrung klein gehalten.

Der Hauptreflektor 104 besteht aus 104 einzelnen Platten. Diese Platten bestehen aus einer gegossenen, mit Glaswolle verstärkten Polyester-Haut, die durch ein Stahlgitter versteift ist. Die glatte Seite der Platten ist mit einer bei HP leitenden, ca 1/10 mm dicken Aluminium-Haut überzogen.

Die mit 5 justierbaren Befestigungspunkten an der Tragkonstruktion festgemachten Platten sind in Matrizenform (8 Platten in der Höhe und 13 Platten in der Länge) angeordnet. Der in rig.9A beschriebene Hauptreflektor hat eine Länge von ca 30 m.

Bei der Konstruktion der Platten wurde darauf geachtet, daP. sich Witterungseinflüsse nicht störend bemerkbar machen und daß eine große Steifigkeit der gesamten Anlage vorhanden ist.

Der Hauptreflektor wird durch eine Stahlkonstruktion mit A-förmigem Rahmen gehalten. Es sind justierbare Verbindungselemente vorhanden um die erforderliche Oberflächengenauigkeit zu erhalten. Jede Platte kann einzeln justiert werden.

Damit gleichzeitig mit zwei Satelliten, die bestimmte Orbital-Positionen . haben, gearbeitet werden kann, muß bei der Eddenstation die Haltekonstruktion für den Hauptreflektor die rich-

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tige Reflektorausrichtung gewährleisten. Bei der Ausrichtung des fest angeordneten Reflektors muß: auch berücksichtigt werden, wie.weit die Reflektorschwenkebene gedreht oder geneigt werden muß, um zwei oder mehr Strahlungskeulen.bei verschiedenen Elevationen zu erzeugen. Das ist z.B. notwendig, wenn sich die zusammengehörenden Satelliten in Bez.ug auf die An- " -tennenanlage nahe dem Horizont bewegen. Die verschiedenen Elevationswinkel bei Verwendung von zwei oder mehr Strahlen erhält man entweder durch Drehen oder Neigen der Reflektorschwenkebene auf den entsprechenden Wert oder durch Vergrößern der Reflektoroberflache oder durch eine Kombination der erwähnten Möglichkeiten. ■

Die Hilfsreflektoren (z.B. 107) sind ebenso wie die. Strahlungsquellen (z.B. 102), auf einem in der Ausstrahlrichtung schmalen Turm angebracht. Die elektronische Ausrüstung 112, geschützt durch eine Verkleidung 110, ist auf dem Turm hinter dem Hilfsreflektor angebracht. Beim Betrieb mit zwei Strahlungskeulen benötigt man zwei solcher Anordnungen. Der Abstand der beiden Türme 100 und 101 ist festgelegt; in der in Fig.9A gezeigten Anordnung ca 6 m. Der Hilfsreflektor besteht aus glasfaserverstärktem Polyester und hat einen leitenden Aluminiumüberzug. E-r hat einen Durchmesser (Y aus Pig. 8B) von ca 2,5-m und einen Krümmungsradius von ca 17 m. Es ist eine Justi'ermöglichkeit über einen Winkelbereich von 5° vorhanden. Die räumlichen Abmessungen der Strahlungsquellen sind so klein wie möglich. .·

Die Strahlungsquelle ist in einer x, y-Ebene in der x- und y-Richtung beweglich. Sie wird durch 2 senkrecht zueinander angeordnete, unabhängig voneinander aigetriebenen Motoren in ihre jeweilige'Lage gebracht. Die Bewegungsanordnung hat keinen toten Gang, ist reversibel und besitzt einen Begrenzungsschalter. Die Genauigkeit ist 0,25 mm. Durch die entsprechende Ansteuerung (dazu werden die Amplitudenwerte der empfangenen

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Signale benützt) der Motoren ist eine automatische Nachführung m&glich. Die Ausrichtung einzelner Strahlungskeulen kann unabhängig voneinander erfolgen.

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Claims

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Patentansprüche

Bodenantennenanlage, insbesondere Bodenantennenanlage für Satellitensysteme mit einem sphärischen Hauptreflektor und einem Hilfsreflektor und einer Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsreflektor (Io7) konzentrisch zum Hauptreflektor (104) angeordnet und sphärisch ist. · . -
2. Bodenantennenanlage nach Anspruch 1.,. dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer Strahlungsdiagramme mehrere Strah-,lungskeulen vorgesehen sind, die in Richtung des Hilfsreflektors strahlen.'
3. Bodenantennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß mehrere Hilfsreflektoren vorgesehen sind, daß jedem Hilfsreflektor eine Strahlungsquelle zugeordnet ist, und daß zur Strahlungsausrichtung und Strahlungsnachführung nur die Lage der Strahlungsquelle verändert werden muß.
4. Bodenantennenanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung der räumlichen Anordnung zuerst die Lage des Hilfareflektors relativ zum·Hauptreflektor festgelegt wird und daß dann die Lage der Strahlungsquelle relativ zum Scheitel des Hilfsreflektors bei gegebenem Verhältnis F/D so festgelegt wird, daß am Rand der Apertur des sphärischen Hauptreflektors-der Weglängenfehler angenähert Null ist.

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5· Bodenantennenanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der starr angeordnete sphärische Hauptreflektor (104) aus einer Anzahl gleicher, reflektierender Platten besteht, deren sphärische Oberflächen die gleiche Krümmung haben.

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