DE2738419C2

DE2738419C2 - Method for aligning antennas in a radio link system

Info

Publication number: DE2738419C2
Application number: DE19772738419
Authority: DE
Inventors: Eric Walter Hatfield Peverel Essex Anderson
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1977-06-22
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE2738419A1; GB1560597A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von Antennen eines Funkverbindungssystems, bei dem zunächst eine an einen Übertragungs-Kopfpunkt angeordnete Empfangsantenne geschwenkt wird, die gerade ein vom anderen Übertragungs-Kopfpunki ausgesendetes polarisiertes Signal empfängt, welches am Empfangsort aufgrund von Streuungen auf dem Übertragungsweg eine zur ursprünglichen Polarisation kreuzpolarisierte Komponente aufweist.The invention relates to a method for aligning antennas of a radio link system in which first a receiving antenna arranged at a transmission head point is pivoted, the is currently receiving a polarized signal sent by the other transmission head, which at the receiving location due to scattering on the transmission path one to the original polarization having cross-polarized component.

Die Leistungsfähigkeit bzw. Wirkungsweise von Funkverbindungssystemen ist sehr empfindlich gegen Fehlausrichtungen der Antrennen, da beispielsweise eine Parabol-Antenne mit einem Durchmesser von so m, die bei einer Frequenz von 2,5 GHz arbeitet, eine Toleranz von nur 15 Bogenminuten für einen Verlust von 1 dB an Signalstärke bzw. Nutzfeldstärke haben kann.The performance or mode of operation of radio communication systems is very sensitive to Antenna misalignments, for example a parabolic antenna with a diameter of so m, operating at a frequency of 2.5 GHz, has a tolerance of only 15 arc minutes for loss of 1 dB in signal strength or useful field strength.

In der Vergangenheit wurden die Antennen an beiden Übertragungs-Kopfpunkten abwechselnd sowohl belüglich der Höhe als auch des Azimuts geschwenkt, um die durch maximale Nutzfeldstärke eines empfangenen Signals angezeigte korrekte Ausrichtung zu bestimmen.In the past, the antennas at both transmission headpoints were alternately illuminated the height as well as the azimuth pivoted to the maximum useful field strength of a received To determine the correct orientation displayed on the signal.

Insbesondere wenn das gesendete Signal erst nach ein' bzw, mehrfacher Streuung an der Troposphäre zur Empfangsstation gelangt, weist das empfangene Signal sowohl schnelle als auch langsame Pegeiänderungen auf. Eine Signalpegelanzeige muß deshalb zur Anzeige eines mittleren Pegels über eine Meßperiode hinweg mit einer entsprechenden Zeitkonstante arbeiten. Führt man eine Folge von Messungen durch, wobei die Antenne nach beiden Seiten der angenommenen richtigen Winkelausrichtung verschwenkt wird, so ändert sich der mittlere Pegel infolge des Polardiagramms der Antenne und der Veränderlichkeit der Streu-Wirksamkeit der Troposphäre. Eine hinreichende Anzahl von Messungen muß in jeder Stellung der Antenne durchgeführt werden, um den Einfluß des langsamen Schwindens des Signalpegels unter die gewünschte Einstellgenauigkeit zu verringern. Die Dauer dieses Meßverfahrens kann durch das Auftreten von sehr starken Änderungen der mittleren Feldstärke in die Länge gezogen werden.In particular, if the transmitted signal only after one 'or multiple scattering at the troposphere to Receiving station, the received signal has both fast and slow level changes on. A signal level display must therefore be used to display an average level over a measuring period work with a corresponding time constant. If a series of measurements is carried out, the Antenna is pivoted to both sides of the assumed correct angular alignment, so the mean level changes due to the polar diagram of the antenna and the variability of the Scattering Effectiveness of the Troposphere. A sufficient number of measurements must be made in each position of the Antenna carried out to avoid the influence of the slow dwindling of the signal level below the to reduce the desired setting accuracy. The duration of this measurement process can be determined by the occurrence be drawn out by very strong changes in the mean field strength.

Wenn zwei Antennen an einem Übertragungs-Kopfpunkt zur Verfügung stehen, kann eine als fester Bezugspunkt verwendet werden und zur Überwachung der Feldstärken-Änderungen benutzt werden, während die andere Antenne geschwenkt wird. Diese letztere, mit der beide Effekte gemessen werden, läßt sich damit leichter auf die wahre bzw. richtige Winkelausrichtung einstellen. Beim Vorhandensein von großen Veränderungen der Feldstärke läßt sich eine Messung von Unterschieden des Signalpegels besser als 1 dB jedoch nicht ohne weiteres erzielen. Fehler in dieser Größenordnung an beiden Übertragungs-Kopfpunkten und bezüglich des Azimuts als auch der Höhe haben einen beträchtlichen Einfluß auf die Verbindungsqualität, insbesondere auf die Fehlerrate von Digitalkanälen bei Rand-Nutzfelds tärken-Bedingungen.If two antennas are available at a transmission head point, one can be used as a fixed Reference point can be used and used to monitor the field strength changes while the other antenna is swiveled. The latter, with which both effects are measured, can thus be used more easily adjust to the true or correct angular orientation. In the presence of major changes the field strength can be a measurement of differences in the signal level better than 1 dB, however not easily achieved. Errors of this magnitude at both transmission headers and in terms of azimuth and altitude have a considerable influence on the quality of the connection, in particular on the error rate of digital channels in the case of edge useful field strength conditions.

Aus der Druckschrift »Frequenz«, Band 20, 1966, Nr. 4, Seiten 119 bis 133, ist bekannt daß die Streuung auf dem Übertragungsweg von der Bandbreite der Signale abhängig istFrom the publication "Frequency", Volume 20, 1966, No. 4, pages 119 to 133, it is known that the scatter on the transmission path depends on the bandwidth of the signals

Dieser Effekt macht es besonders schwer, die optimale Antennenausrichtung durch Messung der empfangenen Feldstärke festzustellen.This effect makes it particularly difficult to determine the optimal antenna orientation by measuring the to determine the received field strength.

Außerdem ist aus der »NTZ«, 1968, Seite 485 bis 488, bekannt daß sich verschiedene Geräuscharten bei unterschiedlicher Antenneneinstellung verändern.In addition, from the »NTZ«, 1968, pages 485 to 488, known that different types of noise change with different antenna settings.

Aus der Druckschrift »nachrichten elektronik«, 8, 1976, Seite 200, geht schließlich hervor, daß es bei regnerischem Wetter nicht möglich ist, bei der Übertragung von Nachrichten mit Satelliten, bestehende Kanäle durch Kreuzpolarisation zweifach zu nutzen, wobei zwei Übertragungen auf derselben Frequenz dadurch getrennt werden, daß die Schwingungsebenen der Wellen beider Kanäle senkrecht zueinander stehen, d. h. zueinander kreuzpolarisiert sind.From the publication "nachrichten elektronik", 8, 1976, page 200, it finally emerges that it is with rainy weather is not possible when transmitting messages with satellites, existing Dual use of channels through cross-polarization, with two transmissions on the same frequency are separated by the fact that the planes of vibration of the waves of both channels are perpendicular to each other, d. H. are cross-polarized to one another.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Antennen möglichst schnell und einfach in die jeweils richtige Winkelausrichtung gebracht werden können, bei der eine maximale Feldstärke erreicht wird.The object of the invention is now to create a method with which the antennas as quickly and as possible can easily be brought into the correct angular orientation in each case, with a maximum Field strength is reached.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Signalstärken bzv/. Nutzfeldstärken der Komponente mit der ursprünglichen Polarisation, wie sie am Sendeort erzeugt wurde, und der kreuzpolarisierten Komponente des empfangenen Signals während des Schwenkens der Antenne überwacht bzw. aufgezeichnet werden, und daß die Einstellung der Ausrichtung der Empfangsantenne in der Stellung vorgenommen wird, in der die Differenz der Feldstärken der beiden Komponenten am größten istFor this purpose, the invention provides that the signal strengths or /. Usable field strengths of the component with the original polarization, as it was generated at the transmission location, and the cross-polarized one Component of the received signal monitored or recorded during the pivoting of the antenna and that the adjustment of the orientation of the receiving antenna is made in the position in which is the difference in the field strengths of the two components is greatest

Es hat sich gezeigt, daß die ursprüngliche Polarisation der von einer genau konstruierten Antenne ausgesendeten Welle auf der Strahlachse ziemlich rein erhalten bleibt, wobei die dazu orthogonale öder kreuzpolarisierte Komponente beträchtlich schwächer als die Komponente mit der ursprünglichen Polarisation ist Messungen haben gezeigt, daß diese Situation normalerweiseIt has been shown that the original polarization of the wave emitted by a precisely constructed antenna is kept fairly pure on the beam axis remains, the orthogonal or cross-polarized component being considerably weaker than the component with the original polarization is measurements have shown that this situation is normal

über den Sendeweg hinweg mit nur geringfügiger Verschlechterung erhalten bleibt, es sei denn, daß beträchtliche Vordergrundstörungen auftreten. Außerhalb bzw. abseits der Strahlachse verschlechtert sich die Reinheit der ursprünglichen Polarisation aufgrund des Verlustes an Symmetrie der Komponenten der vom Hauptreflektor der Sendeantenne, vom Speisetrichter und seiner Tragvorrichtung reflektierten Welle.over the transmission route with only a minor Deterioration persists unless there is significant foreground disturbance. Outside of or away from the beam axis, the purity of the original polarization deteriorates due to the Loss of symmetry of the components from the main reflector of the transmitting antenna, from the feed funnel and its carrying device reflected wave.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für ein Funkverbindungssystem benutzt, welches mit Streuung an der Troposphäre arbeitetThe method according to the invention is preferably used for a radio link system which is used with Scattering on the troposphere is working

Außerdem wird die Empfangsantenne vorzugsweise sowohl bezüglich der Höhe als auch bezüglich des Azimuts geschwenktIn addition, the receiving antenna is preferably both in terms of height and in terms of Azimuth panned

Vorzugsweise senden die Antennen an den beiden Obertragungs-Kopfpunkten abwechselnd, so daß beide während ihrer jeweiligen Empr'angsperioden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerichtet werden. Durch Wiederholen der Meßfolge und durch fortschreitende Verbesserung der Ausrichtung kann eine sehr hohe Genauigkeit erzielt werden.Preferably, the antennas at the two transmission headpoints transmit alternately so that both be aligned during their respective reception periods with the aid of the method according to the invention. By repeating the measurement sequence and by progressively improving the alignment, you can very high accuracy can be achieved.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Funk-Verbindungssysteme, die gemäß den vorausgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ausgerichtet sind, insbesondere auf solche Funk-Verbindungssysteme, die mit Troposphärenstreuun g arbeiten.The invention also relates to radio communication systems, which are aligned according to the previously described method according to the invention, especially on those radio communication systems that work with troposphere scattering.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below with reference to the drawing; in this shows

F i g. 1 ein erläutertes Diagramm undF i g. 1 is an explanatory diagram and

F i g. 2 in schematischer Weise den Weg, auf dem die Ausrichtung für eine an einem Übertragungskopfpunkt befindliche Antenne erzielt wird.F i g. 2 schematically shows the path on which the Alignment is achieved for an antenna located at a transmission head point.

F i g. 1 zeigt die relativen Signalstärken bzw. Nutzfeldstärken der ursprünglich polarisierten Komponenten und der kreuzpolarisierten Komponenten eines Signals, das von einer an dem einen Übertragungs-Kopfpunkt eines mit Tropsophärenstreuung arbeitenden Funkverbindungssystems angeordneten Empfangsantenne erhalten wird, wenn diese azimutal geschwenkt wird, währpnd sie ein von dem anderen Übertragungs-Kopfpunkt ausgesendetes Signal empfängt. Wie man sieht wächst die ursprünglich polarisierte Komponente relativ langsam auf einen Maximalwert an und nimmt dann wieder ab, wenn die Ausrichtung der Empfangsantenne durch die Richtung des die beiden Obertragungs-Kopfpunk'.e verbindenden Großkreises hindurchgeht. Die tatsächliche Lage des Maximalwertes ist jedoch nur mit Schwierigkeit genau zu bestimmen, da sie nicht mit einer deutlich ausgebildeten Spitze auftritt und weil die Signalstärke bzw. Nutzfeldstärke sich sowohl während der Zeit, die erforderlich ist, um die Antenne zu schwenken als auch von einer Meßgruppe zur anderen ändern kann. Die Ursache dieser Änderungen wurde bereits erwähntF i g. 1 shows the relative signal strengths or useful field strengths of the originally polarized components and the cross-polarized components of a signal originating from one at the one transmit headpoint of a radio link system operating with tropsphere scattering is obtained when it is panned azimuthally while it is one of the other transmission headpoint receives transmitted signal. As you can see, the originally polarized component is growing increases relatively slowly to a maximum value and then decreases again when the alignment of the receiving antenna by the direction of the two transmission head points e connecting great circle passes through. However, the actual location of the maximum value is only with difficulty to determine precisely because it does not appear with a clearly formed tip and because the Signal strength or useful field strength both during the time it is necessary to use the antenna can swivel as well as change from one measuring group to another. The cause of these changes was already mentioned

Das Profil der für die Signalstärke bzw. Nutzfeldstärke der kreuzpolarisierten Komponente erhaltenen Kurve ist jedoch hiervon insofern sehr verschieden, als eine scharfe Einsenkung bzw. ein Minimum in der Stellung der Ausrichtung mit dem Großkreis erhalten wird. Selbst dann, wenn der tatsächliche Wert des Minimums in derselben Weise wie das ursprünglich polarisierte Signal unvorhersagbaren Veränderungen unterworfen ist so weist dennoch das Differenzsignal, das man dadurch erhält, daß man die ursprünglich polarisierte Komponente mit der kreuzpolarisierten Komponente vergleicht, ein markantes Maximum in der Stellung der richtigen Ausrichtung auf.The profile obtained for the signal strength or useful field strength of the cross-polarized component However, the curve is very different from this in that there is a sharp depression or a minimum in the Position of alignment with the great circle is obtained. Even if the real value of the Minimum unpredictable changes in the same way as the originally polarized signal is subject to the difference signal that is obtained by the fact that the originally compares polarized component with the cross-polarized component, a prominent maximum in the Position the correct alignment on.

Fig.2 zeigt in stark vereinfachter, schematischer Weise eine Antenne I₁ von der am Detektor 2 ein ursprünglich polarisiertes Signal und am Detektor 3 ein kreuzpolarisiertes Signal erhalten werden. In der Praxis können die Größen der beiden politisierten Signale von den Schaltungen bestimmt werden, die dazu verwendet werden, Signalpegel anzuzeigen, z. B. die Spannungen in den Schaltkreisen mit automatischer Gewinn-Regelung. Die Signale von den beiden Detektoren 2 und 3 werden im Komparator 4 miteinander verglichen, der ein Differenzverstärker mit zwei Eingängen sein kann, und die Amplitude des sich ergebenden Differenzsignals wird an einem Anzeige-Meßgerät 5 wiedergegeben bzw. angezeigt. Wenn das Meßgerät einen Spitzenwert anzeigt wenn die Antenne beispielsweise azimutal geschwenkt wird, so ist die optimale Ausrichtung erreicht Die Antenne wird dann bezüglich der Höhe geschwenkt, um die optimale Ausrichtung in der Höhe zu erhalten.FIG. 2 shows, in a greatly simplified, schematic manner, an antenna I ₁ from which an originally polarized signal is obtained at the detector 2 and a cross-polarized signal at the detector 3. In practice, the magnitudes of the two politicized signals can be determined by the circuits used to display signal levels, e.g. B. the voltages in the circuits with automatic gain control. The signals from the two detectors 2 and 3 are compared with one another in the comparator 4, which can be a differential amplifier with two inputs, and the amplitude of the resulting difference signal is reproduced or displayed on a display measuring device 5. If the measuring device shows a peak value when the antenna is swiveled azimuthally, for example, then the optimal alignment has been reached. The antenna is then swiveled with respect to the height in order to obtain the optimal alignment in height.

Dieses Verfahren wird dann an dem Übertragungs-Kopfpunkt wiederholt, der zuvor als Sender verwendet wurde, nur daß jetzt die Rollen in der Weise vertauscht werden, daß die optimal ausgerichtete Antenne zum Aussenden von Signalen verwendet wird, so daß die andere Antenne selbst optimal ausgerichtet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß zumindest eine der Antennen am Anfang zumindest näherungsweise auf eine theoretisch vorherbestimmte Winkelposition ausgerichtet sein muß, damit das von ihr ausgesendete Signal mit genügender Zuverlässigkeit und mit ausreichender Feldstärke durch die Empfangsantenne empfangen werden kann.This process is then repeated at the transmit headpoint that was previously used as the transmitter was, only that now the roles are reversed in such a way that the optimally aligned antenna to the Sending out signals is used so that the other antenna itself can be optimally aligned can. It should be noted that at least one of the antennas is at least approximately at the beginning a theoretically predetermined angular position must be aligned so that the transmitted by it Signal received with sufficient reliability and with sufficient field strength through the receiving antenna can be.

Das gesamte Verfahren kann wiederholt werden, um die Genauigkeit der Ausrichtung noch weiter zu verbessern.The entire procedure can be repeated to further increase the accuracy of the alignment to enhance.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for aligning antennas of a radio link system, in which initially a at a transmission head point arranged receiving antenna is pivoted, which is currently a receives polarized signal transmitted from the other transmission head point which is transmitted at Receiving location due to scattering on the transmission path one to the original polarization having cross-polarized component, characterized in that the signal strengths or useful field strengths of the component with the original polarization as it is at the transmission location was generated, and the cross-polarized Kompo- ι ^ Component of the received signal monitored or recorded during the pivoting of the antenna and that the adjustment of the alignment of the receiving antenna in the 'position is made in which the difference in the field strengths of the two components is greatest is.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the radio communication system works with scattering on the troposphere

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the receiving antenna is panned both in elevation and in azimuth.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the antennas to the alternately send both transmission headpoints.