DE2747391A1

DE2747391A1 - Vorrichtung zur hyperfrequenzfunkuebertragung mit einer gewissen zahl von umschaltbaren buendeln

Info

Publication number: DE2747391A1
Application number: DE19772747391
Authority: DE
Inventors: Emile Golden
Original assignee: Matra SA
Current assignee: Matra SA
Priority date: 1976-10-22
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1978-04-27
Also published as: SE437749B; GB1534487A; FR2368836B1; IT1117657B; SE7711893L; FR2368836A1

Description

Dr. R. Koenigsbergcr - Din!. - Phys. R. Holzhauer Dipl. -Ing. F. Klingseif.en - Dr. F. Zumslein jun,

Patentanwälte 8 München 2, BräuhausstraBe 4

MATRA 0527 77 B

Vorrichtung zur Hyperfrequenzfunkübertragung mit einer gewissen Zahl von umschaltbaren Bündeln.

Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur HyperfrequenzfunkUbertragung mit Mehrfachbündeln und findet eine wichtige, wenn auch nioht ausschließliche, Anwendung in den Systemen zur unmittelbaren Verteilung von Fernsehprogrammen mit Hilfe von Satelliten.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Fernsehprogramme zu übertragen, indem man als Relais einen gemäß den drei Achsen stabilisierten geostationären Satelliten mit einer Antenne benutzt, welche so eingestellt ist, daß sie ein Programm In Form einer Hyperfrequenzsendung von einer Erdstation mit einer ersten Frequenz F_Q empfangen und das Programm auf einer anderen Frequenz zu der zu überdeckenden Erdzone wieder ausstrahlen kann. Man kann Antennen mit so großer Richtwirkung herstellen, daß ihre Lappen eine bestimmte Erdzone überdecken, wobei der Lappen eine beliebige Form hat, z.B. einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt.

Es ist (Artikel von Hoedemaker und anderen "AnIk B the new Canadian Domestic Satellite" 8080 Vescon technical paper, Band 20 (1976) 20) eine Übertragungsvorrichtung zur Bildung mehrerer verschiedener Bündel bekannt, welche eine Antenne mit einer gewiesen Zahl von Hyperfrequenzstrahlungsquellen enthält, welche verschiedene Stellungen gegenüber einem Reflektor mit Richtwirkung einnehmen, sowie Verstärkungsketten, deren jede einen einem Sendekanal entsprechenden Ausgangsverstärker mit einer nachgeschalteten Kopplungs- und Umschaltelektronik und hierauf Tiefpaßsätze enthält, welche den Strahlungsquellen zugeordnet sind und Ausgangsmultiplexe bilden, wobei jedes Filter einem Sendekanal entspricht. Es ist unmöglich ein aus einem gegebenen Sender kommendes Signal mehreren Strahlungaquel-

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len zuzuführen. Infolgedessen 1st es zwar möglich, mehrere Programme zu ein und demselben Untergebiet auszusenden, es 1st jedoch unmöglich, das gleiche, von einer gegebenen Verstärkungskette kommende Programm gleichzeitig zu mehreren Untergebieten zu senden.

Dem gegenüber bezweckt die Erfindung die Angabe einer Vorrichtung, In welcher man Bündel zusammensetzen kann, welche sich an ganz verschiedene Zusammenfassungen von Untergebieten anpassen.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, bei welcher die genannte Elektronik hinter den Ausgangsverstärkern Kopplungsorgane aufweist, welche gestatten, ohne Verteilungsverlust die von den Ausgangsverstärkern kommende Sendeleistung auf mehrere, je einem Untergebiet entsprechende Quellengruppen zu verteilen und diese Verteilung zu verändern.

Jede primäre Quelle kann ein einziges Richtelement (im allgemeinen ein Horn) oder mehrere Richtelemente aufweisen, welche verschiedene Stellungen haben und von dem gleichen Multiplex über einen LeIstungsverteiler beaufschlagt werden. Diese letztere Lösung ermöglicht, die Zahl der Multiplexe zu verringern, welche teure Organe sind.

Unabhängig von der gewählten Ausführungsform ermöglicht die Vorrichtung, insbesondere wenn sie an einem geostationären Satelliten angebracht ist, Insbesondere, mehrere verschiedene Programme (deren jedes einem Kanal entspricht) in Form von verschiedenen, getrennten oder einen gemeinsamen Teil aufweisenden Bündeln zur Erde zu senden und/oder von dieser zu empfangen, und für jede Frequenz über einen Verteilungskatalog der Bestimmungsgebiete zu verfügen, welcher gestattet, die Gestalt der Bestimmungsgebiete eine β beliebigen Programms durch Hinzufügung oder Fortfall von Untergebieten zu verändern, ohne dabei die Gestalt der Bestimmungsgebiete anderer Programme zu verändern.

Venn man z.B. den Fall von Ländern A, B, C und D und einer Antenne mit vier Quellen nimmt, ist es insbesondere möglich, zu jedem Land ein diesem eigentümliches Programm zu senden, d.h. zu dem Land A den Kanal mit der Frequenz F. und zu den Ländern B, C und D die Kanäle mit der Frequenz F₂ bzw. F, bzw. F. zu senden, oder zu je durch zwei oder drei Länder gebildeten Gebieten zu senden, indem z.B. das Programm des Kanals F₁ zu den Ländern A und B, das Programm des Kanals F₂ zu den Ländern A, B und C, und das Programm

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dee Kanals F, zu den Ländern A, C und D gesendet wird.

Es kann zweckmäßig sein, die gesendete Hyperfrequenzenergie nicht gleichmäßig auf die verschiedenen Quellen zu verteilen, insbesondere um bei einem Satelliten die atmosphärische Absorption zu berücksichtigen, welche sich mit dem Breitengrad ändert. Ferner kann man, obwohl die Quellen im allgemeinen in !hase beaufschlagt werden, zur Erfüllung besonderer Bedingungen einen Phasenschieber vor einer oder mehreren Quellen einschalten. .

Bei einer an einem Satelliten angebrachten Vorrichtung, bei welcher das Eühlungsproblem besonders schwierig ist, vereinfacht die Verteilung der Übertragenen Leistung (häufig mehrere hundert Watt) auf mehrere Filter die Kühlung eines jeden Filters.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung, deren Antenne vier Quellen aufweist.

Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Anordnung der vier Quellen, deren jede durch einen Hornstrahler gebildet wird.

Fig. 3 zeigt in vereinfachter Form die Überdeckungen, welche mit der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 von einem geosynchronen Satelliten aus vorgenommen werden können.

Eine Vorrichtung mit der in Fig. 1 dargestellten grundsätzlichen Ausbildung gestattet insbesondere die Lösung der Aufgabe, von einem Satelliten aus mehrere Länder verwickelter Form mit Hilfe einer Antenne mit beschränkten Abmessungen aber mit einer größten Energiekonzentration auf diese Länder zu überdecken, wobei die Möglichkeit besteht, jedes von mehreren verfügbaren Programmen entweder auf ein Land oder auf mehrere Länder zu senden.

Hierfür weist die in Fig. 1 beispielshalber dargestellte Vorrichtung eine Antenne 10 auf, deren Reflektor/im Betrieb auf das durch die Gesamtheit der zu versorgenden Länder gebildete Gebiet gerichtet ist, wobei angenommen ist, daß vier Länder A, B, C, B vorhanden sind. Die Antenne 10 weist ferner Strahlungsquellen 12, 13, 14 und 15 auf, von welchen bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls vier vorhanden sind, doch stellt diese Zahl keine Beschränkung dar.

Es ist angenommen, daß die Vorrichtung dafür eingerichtet ist, um auf η Kanälen mit den Mittenfrequenzen F., F₂, ···?_ zu sen-

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den, trobei es wohlverstanden 1st, daß gewisse Kanäle einem einzigen der Länder A, B, C, D zugeordnet werden können, oder nur einem Teil derselben, insbesondere zur Berücksichtigung der internationalen Frequenzverteilung. Jeder Quelle, z.B. der Quelle 13, ist ein Satz von Tiefpässen zugeordnet, deren Zahl huohstens η beträgt und deren jeder einem besonderen Kanal zugeordnet ist. Fig. 1 zeigt z.B. einen Satz 16 von der Quelle 13 zugeordneten Filtern, deren jedes einer von mehreren Frequenzen F., Fp, F,, F. P entspricht. Diese mit ein und demselben Ausgangswellenleiter gekuppelten Filter bilden eine im allgemeinen Ausgangsmultipleχ genannte Schaltung.

Die Vorrichtung enthält ferner für jede der Frequenzen F. bis F eine Verstärkungskette. Es sind nur die den Kanälen F., F-, F,, F. und F entsprechenden Ausgangsverstärker 17, 18, 19, 20 und 21 dargestellt.

Jeder Filtersatz kann wenigstens gewissen der den Kanälen F. bis F entsprechenden Ketten durch Kopplungs- und Umschaltorgane zugeordnet werden. Fig. 1 zeigt eine Ausbildung dieser Organe, welche die Vornahme einer begrenzten Zahl von Umschaltungen und Verteilungen ermöglicht, welche jedoch ohne Schwierigkeiten durch einfache HinzufUgung von der: dargestellten Schaltungen ähnlichen Schaltungen vergrößert werden kann.

In Fig. 1 ist der Ausgangsverstärker 17 des Frequenzkanals F. Kopplungs Organen zugeordnet, welche Ihm die Speisung der vier Quellen 12, 13, 14 und 15 ermöglichen. Hierfür beaufschlagt der Verstärker 17 eine Kopplungsvorrichtung 22, deren beide Auegänge zwei weitere Kopplungsvorrichtungen 23 und 24 beaufschlagen. Die Ausgänge der Kopplungsvorrichtung 23 sind mit den Tiefpässen für die Frequenz F. des (der Quelle 13 zugeordneten) Satzes 16 und dee (der Quelle 12 zugeordneten) Satzes 25 verbunden. In entsprechender Weise beaufschlagen die Auegänge der Kopplungsvorrichtung 24 die Frequenzfilter F. der den Quellen 14 und 15 zugeordneten Sätze 26 und 27.

Die von dem Verstärker 17 gelieferte Leistung verteilt eich so auf die vier Quellen, d.h. auf die Gesamtheit der Sendelappen der Antenne 10. Die Kopplungsvorrichtungen 22, 23 und 24 können so ausgebildet sein, daß sie die Leistung durch zwei teilen. Sie können auch, insbesondere zum Ausgleich der Verschiedenheiten der

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atmosphärischen Absorption, eine andere Verteilung als zur Hälfte bewirken.

Der Atisgangsverstärker 18 des Frequenzkanals F₂

beaufschlagt einen Umschalter 28, welcher gestattet, die gelieferte Hyperfrequenzlelstung entweder dem Frequenzfilter F~ des Satzes 16 oder dem Filter F₂ des Satzes 25 zuzuführen. Ss ist so möglich, durch einfache Umschaltung entweder ein Untergebiet oder ein anderes zu bestrahlen.

Der dem Frequenzkanal F, zugeordnete Verstärker 19 beaufschlagt ebenfalls einen Umschalter 29» welcher die Leistung entweder einer ersten Kopplungsvorrichtung/oder einer zweiten Kopplungsvorrichtung 31 zuführt. Die erste Kopplungsvorrichtung 30 verteilt die empfangene Leistung auf die Frequenzfilter F, der Sätze 16 und 25. Die Kopplungsvorrichtung 31 erfüllt die gleiche Aufgabe für die Frequenzfilter F, der Sätze 26 und 27.

Schließlich beaufschlagt der Verstärker 24 des

Frequenzkanals F. eine Kopplungsvorrichtung 32, deren einer Ausgang mit dem Frequenzfilter F. des Satzes 25 verbunden ist, während der andere über einen Umschalter 33 entweder mit dem Frequenzfilter F. des Satzes 16 oder mit dem Frequenzfilter F. des Satzes 26 verbunden werden kann.

Schaltungen dieser Art können allen Kanälen zugeordnet werden. Natürlich ist es nicht nötig, ein Filter vorzusehen, welches einem gegebenen Kanal in den Sätzen entspricht, welche nicht zum Empfang dieses Kanals vorgesehen sind (z.B. der Frequenzkanal F₂ in dem Satz 26).

Die Bestandteile der Vorrichtung können die übliche Ausbildung haben.

Der Antennentyp wird entsprechend der beabsichtigten Anwendung gewählt, z.B. mit einem zentrierten oder versetzten Parabolreflektor. Bei einem Einbau in einen Zwischenfernsehsender kann der Durchmesser der Antenne kaum 10 m überschreiten und beträgt eher 1 bis 4 m. Die Hörner können durch ein einziges Stück gebildet werden, was jede gegenseitige Verschiebung verhindert. Das so gebildete Stück von einigen hundert Gramm wird z.B. durch die die Hörner beaufschlagenden Wellenleiter gehalten. Die Filter können passive Filter mit Hohlraumresonator sein, welche die Erzielung eines 10.000 übersteigenden Gütefaktors ermöglichen. Die Umschalter können

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eine beliebige Bauart haben und z.B. Blockierungsferrite enthalten. Die Kopplungsvorrichtungen können eine beliebige bekannte Bauart haben.

Wiederum in dem Fall eines Fernsehsatelliten kann man bequem über eine gesamte Bandbreite von 800 MHz verfugen, d.h. über eine hohe Zahl von Kanälen mit einem Abstand von mehreren zehn MHz zwischen den Kanälen. Die Trägerwelle kann 30 OHz übersteigen.

Wenn die Vorrichtung in einen Satelliten eingebaut ist, muß sie auch eine Empfangskette aufweisen. Aus Ersparnisgründen und da der Erdsender eine hohe Leistung haben kann, wird im allgemeinen ein einziger, das gesamte Gebiet überdeckender Empfangslappen vorgesehen. Die von den vier Hörnern empfangene Leistung wird durch die Sendewellenleiter verdoppelnde Welllenleiter auf eine aperiodische Kopplungsvorrichtung 34 übertragen, welche einen Eingangsverstärker 35 für die Frequenz F beaufschlagt.

Diese Ausbildung ist nicht die einzig mögliche. Man kann auch die Antenne für den Empfang in der gleichen Weise wie für die Sendung benutzen, wobei jedes Horn einen getrennten Eingangsmultiplex beaufschlagt.

Im allgemeinen gibt man der Sendung und dem Empfang zwei zueinander senkrechte Polarisationen. Die Polarisation selbst kann linear, elliptisch oder kreisförmig sein.

Die Antenne muß natürlich richtig gerichtet sein. Hierfür kann in dem Fall eines Satelliten dieser durch ein System mit einem (nach dem gleichen Prinzip wie die einpulsigen Radargeräte arbeitenden) Eingangsabweichungsdetektor gesteuert werden, welcher eine Funkbake 36 anvisiert, welche in dem von den Empfangslappen überdeckten Gebiet (Fig. 3) vorgesehen ist, z.B. in der Nahe der Zentrallinie desselben. Die zur Bildung der Eingangsgröße des Detektors notwendigen Signale können auch unter Ausgang von einer oder mehreren Kombinationen von Signalen erhalten werden, welche von den verschiedenen Elementarquellen empfangen werden, d.h. von den verschiedenen Hörnern. Das Zielsystem berücksichtigt so vollständig die Verformungen der Antenne, welche z.B. von einer Unsymmetrie infolge der Erwärmung durch die Sonne herrühren.

tJm die von der Erfindung gebotenen Möglichkeiten klarer zu erläutern, ist nachstehend beispielshalber gezeigt, wie sie die Lösung der Aufgabe gestattet, welche in der Uberdeckung einer Grup-

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pe von Staaten besteht, im vorliegenden Fall der skandinavischen Staaten (Dänemark, Norwegen, Schweden, Finnland), deren Umriß schematisch in Fig. 3 angegeben ist, ebenso wie Meridiane und Parallelkreise und der von dem Satelliten gesehene Erdhorizont 37.

Man kann in diesem Fall vier Hörner 12, 13_f 14 und 15 mit der in Fig. 2 dargestellten gegenseitigen Anordnung so benutzen, daß:

- der Antennenlappen, welcher davon herrührt, daß die Energie eines Kanals zur Hälfte auf die Hörner 12 und 13 verteilt wird (in Fig. 3 vollausgezogen), Norwegen überdeckt, sowie übrigens einen Teil von Schweden infolge des Bildeffekts der Antenne;

- der von der Zuordnung der Hörner 12 und 14 (in kurzen Strichen) herrührende Lappen Finnland überdeckt;

- der von der Zuordnung der Hörner 12 und 15 (strichpunktiert) herrührende Lappen Schweden überdeckt;

- der von der Zuordnung der Hörner 13 und 15 (lange Striche) herrührende Lappen Dänemark überdeckt, sowie übrigens einen Teil von Schweden und Norwegen."

Es ist so möglich, durch einfache Veränderung der Verteilung der Leistung auf die Hörner jede gewünschte Verteilung zu erhalten, wie einzelne Lappen oder "spot beams", welche je einem Kanal zugeordnet sind, Übertragung eines jeden Kanals auf ein getrenntes Untergebiet ohne Überlappung (getrennte Bündel) oder mit teilweiser Überlappung (Strahlen mit gemeinsamem Lappen).

Es wird möglich, die von einem Bündel bewirkte Überdeckung durch einfache Umschaltung zu verändern, indem man ein Horn durch ein anderes oder eine Hörnergruppe durch eine andere ersetzt.

Mit der schematisch in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann z.B. folgende Verteilung erzielt werden:

- Der Kanal F. wird zu allen skandinavischen Ländern gesendet (wie in Fig. 1 punktiert angedeutet);

- der Kanal Fp wird zu dem südlichen Teil Norwegens in Form eines von einem einzigen Horn oder "spot beam" herrührenden Bündels gesendet (oder zu dem nördlichen Teil, wenn der Umschalter 28 umgesohaltet wird);

- der Kanal F, wird nach Dänemark gesendet (Hörner 15 und 13 gespeist). Durch Umschaltung des Umschalters 29 wird nach Finnland gesendet;

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- der Kanal P. wird nach Norwegen in Form eines von den Hörnern 12 und 13 herrührenden Bündels gesendet (oder nach Finnland, wenn der Umschalter 33 so umgeschaltet wird, daß das Horn 14 anstatt des Horns 13 gespeist wird).

Natürlich können ein Horn oder andere zusätzliche Hörner hinzugefügt werden, um andere Gebiete zu überdecken. Die Zahl von vier Hörnern stellt nur ein in dem Fall von Skandinavien besonders zweckmäßiges Beispiel dar, welches jedoch nicht beschränkend ist.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. Sie kann auf jede Übertragung von Informationen auf dem Funkwege, insbesondere mit Hyperfrequenzen auf einem oder mehreren Kanälen angewandt werden.

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Claims

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. 1J Vorrichtung zur Hyperfrequenzfunkübertragung mit mehreren Bünäeln mit einer Antenne, welche eine gewisse Zahl von primären Strahlungsquellen für Hyperfrequenz aufweist, welche verschiedene Stellungen gegenüber einem Reflektor mit Richtwirkung einnehmen, sowie mit Verstärkungsketten, deren jede einen Ausgangsverstärker aufweist und je einem Sendekanal entspricht, wobei jeder Kette eine Kopplungs- und Umsehaltelektronik nachgeschaltet ist, wobei Tiefpaßsätze den Quellen zugeordnet sind und Ausgangsmultiplexe bilden, wobei jedes Filter einem Sendekanal entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik hinter den Ausgangsverstärkern Kopplungsorgane (22, 23» 24)aufweist, welche gestatten, ohne Verteilungsverlust die von den Ausgangsverstärkern kommende Sendeleistung auf mehrere, je einem Untergebiet entsprechende Quellengruppen (12, 13» 14» 15) zu verteilen und diese Verteilung zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen in Phase beaufschlagt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (16, 25, 26, 27) elliptische Filter mit Hohlraumresonator sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (10) einem Empfangskanal (34, 35) zugeordnet ist, welcher in einem Frequenzband arbeitet, welches von dem der Tiefpässe verschieden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Empfang die primären Quellen parallel so zusammengefaßt sind, daß die Antenne einen der Gesamtheit der Untergebiete entsprechenden Lappen besitzt, wobei dann die Quellen al» Empfänger benutzt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß beim Empfang die Quellen je einem Eingangsmultiplex zugeordnet sind.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen durch Hörner gebildet werden, welche in Bezug auf den Reflektor mit Hilfe der Wellenleitungen zur Zufuhr der Hyperfrequenz gehalten werden.

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θ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendung und der Empfang mit zueinander senkrechten Polarisationen erfolgen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Quelle einem einen Ausgangsmultiplex für die Quelle bildenden Tiefpaßsatz zugeordnet ist, wobei alle Sätze Filter enthalten, welche den gleichen, in einem ein gegebenes Untergebiet überdeckenden Bündel zusammengefaßten Kanälen entsprechen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungeorgane so ausgebildet sind, daß sie die Hyperfrequenzenergie ein und desselben Kanals auf die verschiedenen Quellen in ungleicher Weise verteilen, insbesondere zum Ausgleich der Unterschiede der atmosphärischen Absorption entsprechend dem Breitengrad bei Benutzung an einem Satelliten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Einbau in einen geostationären, gemäß den drei Achsen stabilisierten Satelliten, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne einen Empfänger zum Empfang des Signals einer Erdbake zur Ortung aufweist, welche innerhalb des der Gesamtheit der Untergebiete entsprechenden Gebiets angeordnet und mit einer Schaltung zur Steuerung des Satelliten kombiniert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ortungsempfänger die von dieser Antenne empfangenen Signale zum Ausgleich der Verformungen derselben benutzt.

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