DE2628646A1

DE2628646A1 - Kartentisch zur einstellung des hoehenwinkels einer antenne

Info

Publication number: DE2628646A1
Application number: DE19762628646
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Hatano; Toshihiko Ohkura; Yoshizo Shibano
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1976-12-30
Also published as: US4237465A; FR2345768A1; FR2345768B1; JPS5548562Y2; JPS524735U; DE2628646B2; GB1537389A; DE2628646C3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wf.ickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. F. ΑΛνΈιοκΜΑΝΝ, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Sumitomo Electric Industries, Ltd.

15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka / Japan

Kartentisch zur Einstellung des Höhenwinkels einer Antenne

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kartentisch zur Einstellung des Höhenwinkels einer Antenne auf die Richtung eines künstlichen Satelliten.

Zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung eines künstlichen Satelliten auf der Erde ist eine Antenne mit sehr großem Gewinn erforderlich.

Um das Antennendiagramm direkt auf den Satelliten auszurichten, ist eine sehr sorgfältige Einstellung in Horizontal- und Vertikalrichtung der Antenne in eine solche Lage erforderlich, damit der maximale Signalempfangspegel gewährleistet ist.

Eine Einstellung in zwei Dimensionen ist sehr schwierig. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind verschiedene Typen von automatischen Einstellsystemen entwickelt worden, welche sich speziell für große Empfangsstationen eignen.

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Derartige Systeme sind jedoch aus wirtschaftlichen Gründen beim Empfang von durch einen Satelliten ausgesendeter elektromagnetischer Strahlung durch eine Station eines CATV-Nachrichtensystems oder direkt durch private Geräte nicht anwendbar.

Für die letztgenannten Fälle ist daher ein einfaches und wirtschaftliches System zur Einstellung der Antennenrichtung erforderlich.

Wird ein Signalempfangspunkt auf der Erde betrachtet, so ist es möglich, seinen Höhenwinkel in bezug auf einen stationären Satelliten genau zu berechnen. Falls der Höhenwinkel der Antenne durch ein einfaches Verfahren mit einem Fehler einzustellen wäre, welcher nicht über dem Hauptstrahlwinkel der Antenne liegt, so kann der Empfang von elektromagnetischer Strahlung des Satelliten dadurch sichergestellt werden, daß der Horizontalwinkel der Antenne auf einen maximalen Empfangspegel eingestellt wird.

Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, die Antennenrichtung genau auf die Richtung des Satelliten einzustellen, indem zunächst der Horizontalwinkel auf die Richtung des maximalen Empfangs und sodann der Höhenwinkel eingestellt wird.

Auf diese Weise kann eine systematische Einstellung der Antenne schnell und leicht durchgeführt werden.

Setzt man als Empfangsantenne eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von etwa 0,6 bis 4 m voraus, so wird der zulässige Fehlerbereich des voreingestellten Winkels in Fällen, in denen das höchste Frequenzband in der Verbindung mit dem Satelliten bei 12 GHz liegt, etwa gleich + 0,3°. Die vor-

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liegende Erfindung schlägt einen einfachen Kartentisch zur Einstellung des Höhenwinkels auf eine Antenne vor, wobei der Einstellwinkel in dem vorgenannten zulässigen Bereich liegt. Der erfindungsgemäße Kartentisch eignet sich dabei für ein einfaches Signalempfangssystem in einer Nachrichtenverbindung mit einem künstlichen Satelliten.

Ein erfindungsgemäßer Kartentisch der eingangs genannten Art ist dabei erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

eine Konturkarte in Polarkoordinaten eines Bereiches von Signalempfangspunkten,

eine Gruppe von auf der Karte eingetragenen Höhenlinien mit gleichem Winkelabstand,

eine am Umfang der Karte angeordnete Höhenwinkelskala, welche den gesamten "Bereich von Signalempfangspunkten überdeckt,

ein im Polarkoordinatenursprung angebrachter und um diesen rotierender Zeiger zur Anzeige der Skalenwerte, und eine mit dem Zeiger verbundene Einrichtung, welche die Drehung des Zeigers und die Drehung der Antenne zur Einstellung des in der Gruppe von .Höhenlinien gleichen Winkelabstandes auf der Karte gefundenen Höhenwinkels derart koppelt, daß der Höhenwinkel der Antenne den Höhenwinkelwert für den Antennenstandort durch so langes Drehen der Antenne erreicht, bis der Zeiger den gefundenen Wert auf der Skala erreicht.

Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt;

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Fig. 1 ein Höhenwinkeldiagramm in einem Signalempfangspunkt relativ zu einem künstlichen Satelliten;

Fig. 2 eine Karte eines Signalempfangsbereichs in Polarkoordinaten;

Fig. 3, 4 und 5 jeweils eine Art einer Karte eines Signalempf angs"bereichs;

Fig. 6 einen Kartentisch gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Einrichtung zur Einstellung des Höhenwinkels einer Antenne unter Verwendung eines Kartentisches gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Kartentisches gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der wechselseitigen Bewegung einer Koppeleinrichtung;

Fig.10 (a) eine mit einem Kartentisch gemäß der Erfindung bestückte Antenne; und

Fig.10 (b) einen an der Antenne nach Fig. 10 (a) befestigten Kartentisch.

Im folgenden wird zunächst anhand eines Diagrammes der Satelliten-Höhenwinkel erläutert. Liegt in einem Koordinatensystem nach Fig. 1 die x-Achse in einer Längsrichtung 0 und die z-Achse in Richtung des Nordpols, so ist der von einem Empfangspunkt P auf der Erde auf einen Satelliten S gerichtete Höhenwinkel ©_u durch folgende Formel gegeben:

R cos θ_ρ cos (rf_p - rf_p) - p-

_sin e_u = (D

V S _ 2 .jjS cos 0_p cos (rf - rf_e) '

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darin bedeuten φ und θ die geographische Länge bzw. geographische Breite des Punktes P, φ_ die geographische Breite des Satelliten, R_v den Erdradius und R den Abstand vom Erdmittelpunkt zum Satelliten. Dabei sind die Größen R₀, φ_ο und R-i-, bekannt. Sind die geographische Länge und die geographische Breite φ bzw. θ des Empfangspunktes P in Formel (1) bekannt, so kann der Höhenwinkel θ des Punktes P berechnet werden.

Fig. 2 zeigt eine Konturkarte in Polarkoordinaten, in welcher der Zusammenhang zwischen einem Winkel θ und dem vorgenannten Höhenwinkel θ durch folgende Formel gegeben ist:

^θ - ^θο = ^A (⁹U - ⁹U₀) <²⁾

Darin sind:

A eine willkürliche Konstante und

θ , θ in geeigneter Weise bestimmte konstante Werte.

Sind die Werte θ und φ in Formel (1) im gesamten betrachteten Empfangsbereich (beispielsweise im gesamten Territorium von Japan) gegeben, so kann θ als Funktion der gegebenen Werte θ und φ aus Formel (1) und θ aus Formel (2) bestimmt werden. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Karte des Signalempfangsbereiches in Polarkoordinaten dargestellt. Eine Radialkomponente R kann willkürlich gewählt werden. Die auf diese Weise erhaltene Karte ist so beschaffen, daß der Drehwinkel θ um den Ursprung O des Koordinatensystems proportional zum Höhenwinkel θ gemäß Formel (2) ist. Diese Karte wird als Satellitenwinkel einer Höhenkarte bezeichnet.

Die Karte ändert sich als Funktion des Wertes der Konstanten A gemäß Formel (2).

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Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen drei Formen der Karte von Japan für drei Werte der Größe A (A = 1, A = 18 bzw. A = 23). Wird der Wert A groß gewählt, so ergibt sich eine Karte mit runder Gestalt.

Die Karte wurde im vorliegenden Falle unter der Annahme erstellt, daß FU = 6378 km, R = 42000 km und φ = 110° ist.

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Wird der Wert A nicht geeignet gewählt, so wird die Landform auf der Karte extrem verzerrt, so daß es sehr schwierig wird, den Signalempfangspunkt auf der Karte zu finden.

Im folgenden wird nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kartentisches genauer beschrieben.

Fig. 6 zeigt eine Karte von Japan mit einer Gruppe von Hö- ' henlinien gleichen WinkelabStandes von 2°.

In Fig. 6 bezeichnet 0 den Ursprung eines Polarkoordinatensystems der Karte, 10 einen Kartentisch, 11 eine Karte von Japan, 12 eine Gruppe von Höhenlinien mit gleichem Winkelabstand von 2° und 13 eine am Umfang vorgesehene Höhenwinkelskala. Auf dem Kartentisch 10 bezeichnet eine Linie 14 einen Winkel Θ' in Polarkoordinaten, wobei im Ursprung ein Zeiger 24 angebracht· ist. Dieser Zeiger 24 ist mit einer Einrichtung· verbunden, welche den wahren Höhenwinkel 9_u für die Antenne angibt.

Die Gruppe von Höhenlinien gleichen Winkelabstandes wird aus Formel (1) berechnet und auf dem Kartentisch 10 eingetragen. Die Skala 13 gibt den Wert des Winkels θ im gesamten Bereich der Karte an. Der Wert des Winkels θ auf der Skala 13 hängt gemäß Formel (2) mit dem Winkel θ zusammen.

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_ ti _

Ira folgenden wird ein Verfahren zur Einstellung des Höhenwinkels einer Empfangsantenne unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kartentisches erläutert, wodurch die Richtung der Empfangsantenne in einfacher Weise auf eine geforderte Richtung eingestellt werden kann.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht zur Erläuterung des Aufbaus der Einrichtung zur Einstellung des Höhenwinkels einer Antenne gemäß der Erfindung. Gemäß dieser Fig. 7 ist eine Antenne 21 auf einem Antennenträger 22 montiert und um eine Drehachse 27 in Höhenrichtung bewegbar.

Auf dem Antennenträger 22 ist ein Satelliten-Höhenwinkelkartentisch 23 gemäß den Fig. 3, 4 und 5 befestigt, wobei im Ursprung 0 des Polarkoordinatensystems der Karte eine Drehachse 25 des Zeigers 24 vorgesehen ist.

Diese Drehachse 25 des Zeigers 24 ist mittels einer mechanischen Koppeleinrichtung, beispielsweise einem Getriebesatz 26^ und 26p mit einer Drehachse 27 der Antenne gekoppelt .

Ein Anschlag 28 begrenzt die Bewegung der Antenne. Der Höhenwinkel der Antenn*
schlag 28 anschlägt.

henwinkel der Antenne ist gleich Θ' , wenn sie am An-

Das Drehungsverhältnis der Getriebe 26,, und 26₂ ist gleich dem Wert A gemäß Formel (2).

Der Zeiger 24 muß an der Achse des Getriebes 26₂ so angebracht werden, daß er den Winkel Θ' anzeigt, wenn die Antenne 21 unter dem Höhenwinkel Θ' am Anschlag 28 anschlägt.

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Wird der Zeiger 24 auf einen Wert θ auf der Skala gebracht, so ist der Höhenwinkel der Antenne ebenfalls gleich 9_U.

Aus den Höhenwinkellinien auf dem Kartentisch kann daher ein Wert für den Höhenwinkel des Signalempfangspunktes gefunden werden, so daß bei einer Einstellung der Antenne, bei welcher der Zeiger den Wert θ auf der Skala anzeigt, die Antenne genau in Richtung des Höhenwinkels θ ausgerichtet ist.

Ist die Antenne vorher auf das maximale Empfangssignal in Horizontalrichtung ausgerichtet, so kann sie also in die Richtung des Satelliten eingestellt werden, um den maximalen Signalempfangswert zu gewährleisten.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kartentisches. Dabei ist auf diesem Kartentisch 23' eine Karte 1 des gesamten Bereiches von Signalempfangspunkten, beispielsweise von Japan, aufgetragen. Ein Getriebe 31, dessen Achse im Ursprung des Polarkoordinatensystems angeordnet ist, sowie ein weiteres Getriebe 32, das mit dem Getriebe 31 in einem vorgegebenen Drehungsverhältnis^r gekoppelt ist, kann an einer willkürlichen Stelle auf dem Kartentisch 23' angeordnet werden. Am Umfang des Getriebes 32 ist ein Gewicht 33 vorgesehen, so daß dieses Getriebe 32 in der Weise durch eine Gravitationskraft angetrieben wird, daß es bei Anordnung des Kartentisches in einer vertikalen Ebene und unter einem bestimmten Winkel gegen die Vertikalebene um den gleichen Winkel relativ zum Kartentisch rotiert, wobei auch das Getriebe 31 mit dem Getriebe 32 um einen Winkel rotiert, welcher durch das Drehungsverhältnis dieser beiden Getriebe 31 und 32 festgelegt ist.

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Die Bewegung der Getriebe 31 und 32 wird anhand von Fig. 9 erläutert. Ist gemäß dieser Figur eine gerade Linie OO', welche durch das Zentrum O des Getriebes 31 und das Zentrum O^f -des Getriebes 32 verläuft, um den Winkel Θ' in bezug auf die vertikale Achse geneigt und wird diese Linie um einen Punkt O" auf der vertikalen Achse in eine Lage gedreht, in der die Neigung gegen die vertikale Achse gleich θ wird, so wird der Winkel zwischen der geraden Linie 00' und der Gravitationsrichtung O¹W als Funktion der Neigung der Linie 00* geändert. Gleichzeitig ändert sich der Winkel des auf dem Getriebe 31 vorgesehenen Zeigers 34 in bezug auf die Linie Ö"Ö"^r von Θ¹ als Funktion des Drehungsverhältnisses der Getriebe 31 und 32 in den Wert Θ. Damit ist gezeigt, daß für die Werte θ und θ die Formel (2) Θ-Θ¹ = A (Ö_u- Q_uo) erfüllt ist und daß das Drehungsverhältnis zwischen den Getrieben 31 und 32 gleich A ist.

Fig. 10 (a) zeigt einen Schnitt einer Antenne, auf der ein in Fig. 8 dargestellter Kartentisch in der eingezeichneten Richtung befestigt ist.

In dieser Fig. 10 (a) ist mit 21 die Antenne und mit 42 die Richtung der Antennenachse bezeichnet. Bei 43 ist ein Kartentisch 23 zu befestigen. Fig. 10 (b) zeigt einen in Fig. 8 dargestellten Kartentisch in einer vertikalen Ebene mit der dargestellten Neigung.

Wird gemäß Fig. 10 (a) die Antenne, auf welcher der Kartentisch 23' an der dargestellten Stelle 43 befestigt ist, so voreingestellt, daß der Zeiger 34 auf der Skala 13 den Winkel Θ* anzeigt, wenn die Antennenachse 42 in Richtung Θ' orientiert ist, so zeigt der Zeiger 34 denselben Wert auf der Skala an, wenn die Antenne auf den Höhenwinkel Q_n ausgerichtet ist. Wird der Höhenwinkel des Signalempfangspunktes auf dem Kartentisch gefunden und wird die Antenne

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so bewegt, daß der Zeiger 34 auf den auf der Skala aufgefundenen Wert gebracht wird, so ist die Antenne dann genau auf die Richtung des Höhenwinkels orientiert.

Wie aus den in Polarkoordinaten gezeichneten Karten gemäß den oben genannten Beispielen ersichtlich ist, sind die Kartendarstellungen von Japan stark verzerrt. Es ist gewöhnlich sehr schwierig, den Signalempfangspunkt der Antenne auf der Karte zu finden. Bei der Kartendarstellung von Japan ist die Auffindung jedoch nicht so schwierig, da dieses Land von Norden nach Süden langgestreckt verläuft und seine Form daher leicht unterscheidbar ist. Die Auffindung des Signalempfangspunktes kann jedoch dadurch einfacher gestaltet werden, indem die Namen von Regierungsbezirken, Flüssen, Gebirgen, Städten usw. in die Karte eingetragen werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Kartentisch zur Einstellung des Höhenwinkels einer Antenne, gekennzeichnet durch eine Konturkarte in Polarkoordinaten eines Bereiches von Signalempfangspunkten, eine Gruppe von auf der Karte (11) eingetragenen Höhenlinien (12) mit gleichem Winkelabstand, eine am Umfang der Karte (11) angeordnete Höhenwinkelskala (13), welche den gesamten Bereich von Signalempfangspunkten überdeckt,

einen im Polarkoordinatenursprung (0) angebrachten und um diesen rotierenden Zeiger (24) zur Anzeige der Skalenwerte,

und durch eine mit dem Zeiger (24) verbundene Einrichtung (beispielsweise 26,,, 26₂), welche die Drehung des Zeigers (24) und die Drehung der Antenne (21) zur Einstellung des in der Gruppe von Höhenlinien (12) gleichen Winkelabstandes auf der Karte (11) gefundenen Höhenwinkels derart koppelt, daß der Höhenwinkel der Antenne (21) den Höhenwinkelwert für den Antennenstandort durch so langes Drehen der Antenne (21) erreicht, bis der Zeiger (24) den gefundenen Wert auf der Skala (13) erreicht. >.

2. Kartentisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Befestigung an einem Antennenträger (22) und durch eine Ausbildung der mit dem Zeiger (24) verbundenen Einrichtung (26,,, 26p) in Form eines Getriebesatzes, von dem ein Getriebe (26_?) mit dem Zeiger (24) und ein weiteres Getriebe (26..) mit der Antenne (21) verbunden ist und dessen Drehungsverhältnis (A) durch folgende Formel gegeben ist:

9 . g, ₌ A (Q_u -

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θ eine

Ant enne, sowie

θ · -und Q^

bedeuten.

θ einen willkürlichen Winkel, θ den Höhenwinkel der

Θ¹ -und Θ' willkürliche Konstanten

Kartentisch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Befestigung an der Antenne (21) und durch eine Ausbildung der mit dem Zeiger (34) verbundenen Einrichtung (31, 32) in Form eines Getriebesatzes, von dem ein Getriebe (31) mit dem Zeiger (34) verbunden ist und ein weiteres Getriebe (32) frei drehbar an einer beliebigen Stelle der Karte angeordnet werden kann und an seinem Umfang mit einem Gewicht (33) versehen ist, um das eine Getriebe (31) so anzutreiben, daß der Zeiger (34) auf einen vorgegebenen Wert auf der Skala (13) zeigt, und durch eine Wahl des Drehungsverhältnisses (A) zwischen den beiden Getrieben (31, 32) gemäß folgender Formel:

θ einen willkürlichen Winkel, θ den Höhenwinkel der Antenne, sowie

O¹ und Θ' willkürliche Konstanten bedeuten.

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