DE2632615B2 - SateUiten-Nachrichtenübertragungssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertrcgungssystem
für feste Funkdienste zwischen wenigstens zwei Bodenstationen über einen geostationären
Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren Achsen in Hauptstrahlrichtung wenigstens '"
annähernd auf den vom Satelliten vorgegebenen Punkt der geostationären Umlaufbahn ausgerichtet sind.
Bei Nachrichtenübertragungssystemen dieser Art kommen in zunehmendem Maße Bodenstationen mit
relativ kleinen, schwach bündelnden Antennen zur · Anwendung. Auf diese Weise läßt sich der Kostenaufwand
für eine Bodenstation erheblich reduzieren, da der Anteil der Antennenkosten bei großen, stark bündelnden
Antennen außerordentlich hoch ist. Bodenstationen mit relativ kleinen, schwach bündelnden Antennen
lassen sich auch leichter !transportieren und montieren. Die automatische Nachführung der Antennen kann
darüber hinaus erheblich vereinfacht werden oder überhaupt entfallen. In einem ausgedehnten Satelliten-Nachrichtennetz
bieten einfachere Bodenstationen, selbst unter Berücksichtigung der daraus resultierenden
Mehrkosten für den Satelliten, eine wesentliche Kostenersparnis.
Die Vielzahl der in Betrieb befindlichen und geplanten Satellitennachrichtennetze macht es erforderlich,
die für den Satellitenfunk zugewiesenen Frequenzbereiche und die verfügbaren Satellitenplätze
auf der geostationären Umlaufbahn möglichst gut auszunutzen. Unter dieseim Gesichtspunkt haben scharf
bündelnde Antennen hohen Gewinns den Vorzug. Stationen mit schwach bündelnden Antennen stören
nämlich andere Satelliten oder werden von ihnen gestört Bei gleicher effektiver Strahlleistung senden sie
insgesamt mehr Leistung und damit auch mehr Störleistung aus, als Stationen mit stärker bündelnden
Antennen. Auch erfordern sie zum Empfang eine höhere Leistungsflußdichte der vom Satelliten gesendeten
elektrischen Energie an der Erdoberfläche. Da diese unerwünschten Effekte in ihren Auswirkungen möglichst
klein bleiben sollen, sind der Reduzierung der Antennenabmessmgen bei solchen Bodenstationen
relativ enge Grenzen gesetzt. Die Spiegeldurchmesser kleiner Antennen betragen daher im allgemeinen
mindestens drei bis vier Meter. Für den Transport müssen solche Antennen zerlegt werden. Die Antenne
benötigt ein Tragwerk, das die Aufstellung des Reflektors in einer nach Richtung (Azimut) und Neigung
festgelegten Ebene schräg im Raum ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine in einem Satelliten-Nachrichtennetz verwendete Bodenstations-Antenne
der einiieitend geschilderten Art eine
Lösung anzugeben, die bei guter Ausnutzung der geostationären Umlaufbahn zu einem niedrigeren
Antennenaufwand führt und mit Abmessungen auskommt, die ihren Transport im unzerlegten Zustand
ermöglicht oder aber eine solche Zerlegung gestattet, die ihren Wiederzusammenbau mit einfachen Mitteln
und einem geringen Zeitaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Nachrichtenübertragungssystem für feste Funkdienste zwischen wenigstens
zwei Bodenstationen über einen geostationären Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren
Achsen in Hauplstrahlrichtung wenigstens annähernd auf den vom Satelliten vorgegebenen Punkt der
geostationären Umlaufbiihn ausgerichtet sind, gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß das Strahlungsdiagramm der Antenne eineir Bodenstation in einer ersten
Schnittebene eine erste 3-dB-Strahlbreite zwischen 0,2° und 2° und in einer hierzu senkrechten zweiten
Schnittebene eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20° aufweist, daß ferner das Verhältnis der ersten
zur zweiten 3-dB-Strahlbreite S 0,25 beträgt und daß die erste Schnittebene wenigstens annähernd mit der
Ebene übereinstimmt, die von der Antennenachse in Hauptsffahlfichfung und einer Tangente an die
geostationäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt ist.
Antennen mit unsymmetrischem Strahlungsdiagramm, bei denen die 3-dB-Strahlbreiten in der
Horizontal- und Vertikalebenc stark unterschiedlich sind, sind an sich auf dem Gebiet der Radartechnik in
vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Nur beispielsweise wird in diesem Zusammenhang auf das Buch E.
Kram an »Funksysteme für Ortung und Navigation«
Verlag Berliner Union GmbH Stuttgart, Seiten 296 und 297, hingewiesen. Ihre Anwendung für relativ kleine,
schwach bündelnde Antennen bei Bodenstationen in Satelliten-Nachrichtennetzen wurde jedoch bisher nicht
in Erwägung gezogen.
Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde,
daß zur optimalen Nutzung der geostationären Umlaufbahn tür eine Vielzahl von Satelliten bzw. zur
Vermeidung gegenseitiger Störungen zwischen verschiedenen Satellitensystemen nur die Strahlbreite in
der Ebene klein zu sein braucht, die von der Antennenachse in Hauptstrahlrichtung und einer
Tangente an die geostationäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt ist Diese Ebene, mit
der die erste Schnittebene des Strahlungsdiagramms der Antenne wenigstens annähernd übereinstimmt, soll im
folgenden kurz als »Stundenwinkelebene« und die hierzu senkrechte zweite Schnittebene kurz als
»Deklinationsebene« bezeichnet werden. Die Strahlbreite des Antennendiagramms braucht deshalb nur in
der Stundenwinkelebene klein zu sein, weil sich die benachbarten, störenden oder störbaren Satelliten in
dieser Ebene befinden. In der Deklinationsebene kann hingegen das Antennendiagramm verbreitert werden,
um die Fläche und damit den Aufwand für die Antenne so klein zu halten, wie es für das jeweilige Satellitensystem
am wirtschaftlichsten ist. Störungen anderer Satellitensysteme treten dabei nicht auf.
Für die Flächenabmessungen einer Antenne, die in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen eine star1-,
unterschiedliche 3-dB-Strahlbreite aufweist, ergeben sich zwangsläufig flächenhafte Abmessungen mit einem
rela.iv kleinen Verhältnis von Breite zu Länge. Eine solche Antenne erleichtert den Transport, für den
bekanntlich Bahn- und Straßenprofile eine Grenze setzen, in hohem Maße, weil eine größere Abmessung in
nur einer Richtung den Transport weit weniger behindert «Is größere Abmessungen in zwei zueinander
senkrechten Richtungen. Die Antenne nach der Erfindung läßt sich demnach bei gegebenem Transportprofil
bis zu wesentlich größeren Werten des Antennengewinns ungeteilt transportieren.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne einer Bodenstation ei-r.e Reflektorantenne,
deren Hauptreflektor eine längliche gewölbte Schale mit einem dem Verhältnis der ersten zur zweiten
3-dB-Strahlbreite entsprechenden Verhältnis seiner Breite zur Länje darstellt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne einer Bodenstation eine Reflektorantenne
mit mehreren Gruppenstrahlern, bei der die Gruppenstrahler in einer Linie nebeneinander angeordnet sind.
Eine besonders vorteilhafte Variante dieser zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die Gesamtanordnung
von mehreren Einzelantennen mit annähernd rotationssymmetrischem Strahlungsdiagramm gebildet
ist, deren Einzelstrahler in einer horizontalen Linie nebeneinander angeordnet sind und bei der die genaue
Ausrichtung der Gesamtantenne mittels einstellbarer Phasenschieber in den Zuleitungen zu den Einzelstrahlern
vorgenommen ist. Durch die Aufstellung entlang einer horizontalen Linie, beispielsweise auf einem
Streifenfundament oder auch auf dem Flachdach eines Gebäudes, wird die aufwendige Tragkonstruktion
überflüssig, mit der herkömmliche Antennen als Gan/.es
schräg in den Raum gestellt werden müssen, auch sind alle Teile dieser Anordnung leicht zugänglich.
Sofern die Antenne nach der Erfindung beweglich ausgeführt sein soll, weil sie beispielsweise auf
verschiedene geostationäre Satelliten wahlweise auszurichten ist, reicht es in vorteilhafter Weise aus, wenn
wenigstens die Achse in Hauptstrahlrichtung der Antenne einer Bodenstation längs der geostationären
Umlaufbahn des Satelliten, also in der Stundenwinkel-
H) ebene, nachführbar ist In der Deklinationsebene
braucht die Antenne in der Regel wegen ihrer großen Strahlbreite nicht beweglich zu sein. Dies gilt auch noch
für solche Werte des Antennengewinns, bei denen übliche Antennen bereits eine automatische Nachfühlt
rung benötigen.
Die Beweglichkeit der Antenne kann bei Reflektorantennen mit einem zentralen Strahler entweder durch
mechanische Bewegung der gesamten Antenne oder aber durch eine mechanische Bewegung lediglich ihres
2<> Primärstrahlers herbeigeführt werden. Bei einer Realisierung
der Antenne mittels Gruppenstrahlern biete; sich neben einer mechanischen Qc ^/egung der Gesamtantenne
auch eine elektrisch gesteue te Strahlschwenkung der Antennenhauptkeule an.
-■ > Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
soll die Erfindung im folgenden noch nähe- erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Satelliten-Nachrichtenübertragungssystems
nach der Erfindung,
hi F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bodenstationsantenne
bei einem Satelliten-tsachrichtenübertragungssystem
nach Fi g. 1,
F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bodenstationsantenne
für ein Satelliten-Nachrichtenübertra-
i") gungssystem nach der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 angegebenen Prinzipskizze bedeuten
1 die Erdkugel, B eine Bodenstation, GB die geostationäre Umlaufbahn und SO, SI, S2 und S3 auf
der geostationären Umlaufbahn angeordnete Satelliten
4Ii verschiedener Satellitennetze. Die Bodenstation B
arbeitet mit dem Satelliten SO zusammen. Ihre Antenne ist mit ihrer Achse in Hauptstrahlrichtung auf den
Satelliten SO ausgerichtet. Sie weist in der ersten Schnittebene I eine erste 3-dB-Strahlbreite zwischen
r. 0,2° und 2° auf. In der zu dieser ersten Schnittebene I
senkrechten zweiten Schnittebene ΪΙ hat die Antenne eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20°. Der
Querschnitt des Strahlungsdiagramms in der ersten und der zweiten Schnittebene I und II sind mit DI und D Il
■>" bezeichnet. Die als Stundenwinkelebene bezeichnete
erste Schnittebene ! fällt, wie Fig. I erkennen läßt, mit der Ebene zusammen, die von der Antennenachse in
Hauptstrahlrichtung und einer Tangente T an die geostationäre Umlaufbahn GB im Schnittpunkt mit
.. die^e:' Achse aufgespannt ist. Mit anderen Worten hat
die Bodenstationsantenne in Richtung auf die benachbarten Satelliten Sl und S2 zum Satelliten SO eine
geringe Breite, also eine relativ scharfe Bündelung, während diese Bündelung in der dazu senkrechten
Richtung gerinp ist. Die geringe Bündelung in der Deklinationsebene wirkt sich auf die benachbarten
Satelliten 51 und 52 praktisch nicht aus, da diese nicht
in dieser Ebene liegen. Die relativ kurzen Abmessungen der Antenne in der durch diese Ebene gegebenen
'}'■> Querschnittsebene der Antenne wird also hier nicht mit
einem entsprechend großen Störgrad erkauft. Hinzu kommt, daß infolge der geringen Bündelung in der
Deklinationsebene eine automatische Nachführung der
Antenne in dieser fibene entfallen kann. Für die ausreichend genaue Ausrichtung der Antenne auf den
Satelliten 50, sofern eine wahlweise Ausrichtung auf
einen der benachbarten Satelliten Sl bis .S'.3 gegeben
sein soll, genügt es. die Antenne in der Stundenwinkeiebene
bewegbar auszuführen.
Bei dem in '.: i g. I dargestellten ersten Ausführungs-
!"■ispiel einer Antenne A weist diese einen Hauptreflektor
R auf. der eine längliche gewölbte Schale darstellt. Der Hauptreflektor R wird mit dem Primärstrahler Ps
ausgeleuchtet und ergibt die gewünschten unterschiedlich breiten Strahldiagramme in der Stundenwinkelcbenc
und der hierzu senkrechten Deklinationsebene. Die Beweglichkeit einer solchen Antennenanordnung in der
Stundenwinkelebene kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Schale längs einer gekrümmten
Schiene verschiebbar auf der Antennenplattform angeordnet ist.
Bei dem in F-" i g. 3 dargestellten weiteren Ausfüh
rungsbcispiel für eine Antenne A besteht diese aus viel
Reflektorantennen mit den rotationssymmetrischer Hauptrcflektoren R\ bis R4 und den Primärstrahler
Ps I bis Ps 4. Die Primärstrahler werden gemeinsam vor einer Hochfreqiienzquclle mit unterschiedlicher gegen
scitigcr Phase so gespeist, daß die Rcflektorantennen ir
ihrer die Antenne A' darstellenden Gesamtheit die gewünschten unterschiedlichen Strahlbreiten in dei
Stundenwinkelebene und der hierzu senkrechter Deklinationsebene erzeugen. Die Aufstellung der viei
einzelnen Reflektorantennen bereitet keine besonderer Schwierigkeiten, da sie zur Realisierung der gewünsch
ten Gesamtanordnung lediglich längs einer Gerader angeordnet werden müssen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (5)
1. Nachrichtenübertragungssystem für feste Funkdienste zwischen wenigstens zwei Bodenstationen
über einen geostationären Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren Achsen in
Hauptstrahlrichtung wenigstens annähernd auf den vom Satelliten vorgegebenen Punkt der geostationären
Umlaufbahn ausgerichtet sind, dadurch
gekennzeichnet, daß das Strahlungsdiagramm der Antenne (A, A') einer Bodenstation (B) in
einer ersten Schnittebene (I) eine erste 3-dB-Strahlbreite zwischen 0,2° und 2° und in einer hierzu
senkrechten zweiten Schnittebene (II) eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20° aufweist, daß
ferner das Verhältnis der ersten zur zweiten 3-dB-Strahlbreite S 0,25 beträgt und daß die erste
Schnittebene wenigstens annähernd mit der Ebene übereinstimmt, die von der Antennenachse in
Hauptstrahlrichtung und einer Tangente an die geostaticiäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit
dieser Achse aufgespannt ist.
2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne
(^y einer Bodenstation fß^eine Reflektorantenne ist,
deren Hauptreflektor (R) eine längliche gewölbte Schale mit einem dem Verhältnis der ersten zur
zweiten 3-dB-Strahlbreite entsprechenden Verhältnis seiner Breite zur Länge ist.
3. Nachrichtenübertragungssystem nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne
(A') einer Bodenstation (B) eine Reflektorantenne mit mehreren Gruppenstrahlern ist, bei der die
Gruppenstrahler in einer Linie nebeneinander angeordnet sind.
4. Nachrichtenübertrasuni-.jsystem nach Anspruch
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorantenne von mehreren Einzelantennen (R M
Ps 1... R AIPsA) mit annähernd rotationssymmetrischem
Strahlungsdiagramm gebildet ist, deren Einzelstrahler (Ps\... PsA) in horizontaler Linie
nebeneinander angeordnet sind und bei der die genaue Ausrichtung der Gesamtantenne mittels
einstellbaren Phasenschiebern in den Zuleitungen zu den Einzelstrahlern vorgenommen ist.
5. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens die Achse in Hauptstrahlrichtung der Antenne (A, A') einer Bodenstation (B)
längs der geostationären Umlaufbahn (CB) des Satelliten (SO, S1,52, S3) nachführbar ist.
I3
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