DE3011187C2 - Satellitenantenne für die Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen über einen Synchronsatelliten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Satellitenantenne für die Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen über einen Synchronsatelliten, mit einem Rotationsparaboloid-Reflektor und zwei Erregern, von denen jeder einer Bodenstation zugeordnet ist.

Eine derartige Satellitenantenne ist aus der DE-OS 15 91 811 bekannt. Die dort geschilderte Satellitenantenne soll eine Vielzahl iron im Abstand angeordneten Erdstationen miteinander verbinden. Dazu ist die Antenne mit einem konkaven keilet .or und einer der Anzahl der Erdstationen entsprechenden Anzahl von Erregern ausgestattet. Diese bekannte Satellitenantenne kann zwar die Kommunikation zwischen zwei beliebigen Erdstationen ermöglichen, sie ist jedoch niehl für den Fall nur zweier Slaiionen optimiert, insbesondere nicht für zwei relativ eng benachbarte Bodenstalionen. Hier stellt sich das Problem, daß die auf die eine Station ausgerichtete Strahlung den Empfang an der anderen Station nach Möglichkeit gar nicht oder nur in sehr geringem Ausmaße stören darf. Andererseits muß darauf geachtet werden, dali die Antenne möglichst klein zu dimensionieren ist. und zwar im Hinblick auf einen möglichst geringen Raumbedarf in der Transportrakctc.

Zur Lösung dieser Problematik kann auch die aus der DE-OS 28 50 492 bekannte Satellitenantenne nichts beitragen. Diese Antenne dient nämlich vor allem dazu, eine oder mehrere roße Flächen mit jeweils elliptischem Umriß auf der Erdoberfläche möglichst gleichmäßig auszuleuchten. Dazu ist ein parabolisch-elliptischer Reflektor vorgesehen, dem im Falle mehrerer elliptischer Sirahlungsbündel mehrere Erreger zugeordnet sind. Diese Antenne ist nicht für die Kommunikation zwischen ausschließlich zwei Bodenstalionen ausgelegt, vielmehr ist Flächenabdeckung erwünscht.

Schließlich ist aus der DE-OS 26 32 615 ein Satelliten-Naehrichtenübertragungssysiem für die I unkvcrbindung zwischen wenigstens zwei Bodenstationen über einen geostationären Satelliten bekannt, bei dem allerdings nur die Antenne der Bodenstationen näher beschrieben ist. Diese weisl einen länglichen, gewölbten, schalcnförmigcn Haiipircflckior auf, dem eniweder ein Einzelstrahler oder ein gemeinsam die .Strahlschwenkung bewirkender Gruppenstrahler zugeordnet ist. Diese Bodenantennc kann jeweils nur auf einen Satelliten gerichtet sein, eine Strahlschwenkung wird entweder durch mechanische Bewegung der gesamten Antenne oder lediglich des Einzelstrahlers oder durch elektrisch gesteuerte Strahlschwenkung des Gruppenstrahlers herbeigeführt. Um benachbarte Satelliten nicht zu stören, ist der Querschnitt der Strahlungsskeule in Richtung der Verbindungslinie zweier benachbarter Satelliten klein im Verhältnis zu der dazu senkrechten Richtung. Diese Bodenstationsantennen müssen hinsichtlich ίο einer möglichst kleinen Dimensionierung ersichtlich nicht ähnlich hohe Anforderungen erfüllen wie Satelliten-Antennen. Im übrigen können sie auch nicht die gleichzeitige Kommunikation zwischen zwei Satelliten herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sattellitenantcnne der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der das Verhältnis zwischen dem störenden Signal, das aus dem eigentlich für die andere Bodenstation bestimmten Signal stammt, und dem für die eine Bodenstation bestimmten Signal möglichst klein ist. Gleichzeitig soll bei Konstanthaltung des Antennengewinns die Antenne so dimensionierbar sein, daß die Unterbringung bei vorgegebenem Platzangebot in der Transportrakete sichergestellt ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Reflefc'.or eine elliptische Apertur aufweist, deren große Hauptachse parallel zur Verbindungslinie der Bodenstationen orientiert ist, der Reflektor sowie dessen Bclcgungsfunktion so dimensioniert sind, daß jede Bodenstation Άη Minimum zwischen zwei Nebenzipfcln der auf die andere Bodenstation gerichteten Strahlungskeulc liegt, und daß jede der beiden Strahlungskculcn auf die ihr zugeordnete Bodenstation derart fehlausgcrichtet ist. daß die Richtungen vom Satelliten zu JS den Bodenstationen auf den einander zugekehrten Flanken der beiden Strahlungskeulcn liegen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß ein zufriedenstellender, spezifizierter Störabstand bei nahe benachbarten Bodenstationen erzielt wird, und daß die Antenne nur so groß zu sein braucht, daß die Unterbringung in der Rakete ohne Schwierigkeiten zu bewerkstelligen ist. Letzteres gilt, weil für die stärkere Bündelung der Strahlungskculcn in Richtung der Verbindungslinie der Bodenstation zwar die Antennc in dieser Richtung vergrößert wird, aber die Konstanthaltung des Antennengewinns eine entsprechende Reduzierung der Antenncndimcnsionierung in der dazu senkrechten Richtung erlaubt. Die Forderung, daß die Richtungen vom Satelliten zu den Bodenstationen auf den einander zugekehrten Flanken der beiden Sirahlungskeulcn liegen sollen, ermöglicht eine weitere Verringerung der Antcnncndimensionierung, und zwar in Richtung der Verbindungslinie der Bodenstationen. Eine solche Verringerung bewirkt nämlich eine Sprei/ung des Antennendiagramms in dem Sinne, daß bei gegebenem Abstand der Bodenstationen die Hauptkeulen nach außen wandern, so daß die jeweils zugehörige Bodenstation auf die innere Flanke gerät, während gleichzeitig die andere Bodenstation in dem gewählten Minimum W) verbleibt.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. I is zeigt

!•'ig. I den Verlauf einer llaupikoiilc. mit zugehörigen Nebenzipfcln.

h'i I" ig. 2 die 1-dH-Kontur zweier I laiiptkculcn iiiit der Erde.

Gemäß der F i g. 1 ist die Sirahlungskeulc einer Satellitenantenne mit einem Reflektor in Form eines Rom-

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tionsparaboloids mit elliptischer Apertur auf eine Bodenstalion A ausgerichtet. In Abhängigkeit von der vorgegebenen Distanz zu einer zweiten Bodenstation B wird der Reflektor in Richtung senkrecht zur Verbindungslinie A-Bder beiden Bodenstationen (s. a. F i g. 2) so dimensioniert, daß die Station B im Minimum zwischen zwei Nebenzipfeln der auf die Station A gerichteten Strahlungskeule liegt.

Die Minima zwischen zwei Nebenzipfeln sind nicht beliebig tief, etwa wegen Phasenfehlern, wie sie ζ. Β. ίο durch Abweichungen des Reflektors von der Parabolform bedingt sind. Es ist daher besonders günstig, die Minima zwischen Nebenzipfeln höherer Ordnung zu benutzen, z. B. das Minimum zwischen dem zweiten und dritten Nebenzipfel. Die Lage der Minima hängt dabei auch von der Belegungsfunktion der Antenne ab.

In der Richtung parallel zur Verbindungslinie A-Bder beiden Bodenstationen wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die starke Bündelung nur in der Richtung der Verbindungslinie A-B benötigt wird, nicht jedoch in der dazu senkrechten Richtung. Der Reflcktordurchmesser wird in der letztgenannter Richiung stark reduziert, so daß der Reflektor insgesamt leichter ist, sich leicht in der Transportrakete unterbringen läßt und u. a. auch den Solargenerator weniger abschattet.

Anhand eines Beispiels für die Bundesrepublik Deutschland, soll die Erfindung noch weiter verdeutlicht werden. Beide Bodenstationen sollen noch innerhalb der Bundesrepublik Deutschland liegen, und es soll eine Entkoppelung von mindestens 35 dB an jeder der Bodenstationen erfüllt werden, ausgehend von einem Übertragungssystem von 20/30GHz und einem Reflektordurchmesser von 23 m, welches der Durchmesser wäre, wenn man eine Antenne mit kreisförmigem Querschnitt venvenden würde.

Legt man nun die zweite Bodenstation B in das Minimum zwischen dem zweiten und dritten Nebenzipfel der Strahlungskeule, so wird die geforderte Entkoppelung ohne weiteres erreicht.

Das benutzte Minimum lieg! allerdings 1,5" vom Maximum der Hauptstrahlungsrichtung der .Strahlungskeule entfernt. Die größte Entfernung innerhalb der Bundesrepublik Deutschland liegt, gesehen von einem bei 19° West geparkten Synchronsatelliten, bei 11". Um diesen Wert zu erreichen, empfiehlt sich eine Vcrgrößcrung der croßen Halbachse des An:cnncnreflektors sowie damit einhergehend eine Verkleinerung der kleinen Halbachse und Ausrichtung der einander zugekehrten Flanken der 1-dB-Kontur (durchgezogen in Fig. 2) anstelle der Hauptstrahluvgsrichtungen auf die jeweiligen Bodenstationen (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt). Auf diese Were braucht die gioße Halbachse des Reflektors lediglich auf 2,82 m erweitert und die kleine Halbachse auf 1,88 m verringert zu werden, so daß die Unterbringung in der Rakeie gewährleistet ist und der Antennengewinn unverändert bleibt.

Die Erfindung kann gleichermaßen auch für Zweispiegelantennen (Cassegrain-Antenne) henuizt werden, wobei der Hauptreflektor die dargestellte elliptische Apertur aufweist. _bo

Hierzu I Blatt Zeichnungen

b5

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Satellitenantenne für die Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen über einen Synchronsatelliten, mit einem Rotationsparaboloid-Reflektor und zwei Erregern, von denen jeder einer Bodenstation zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine elliptische Apertur aufweist, deren große Hauptachse parallel zur Verbindungslinie (A-B)der Bodenstationen (A. ß/orienliert ist, der Reflektor sowie dessen Belegungsfunktion so dimensioniert sind, daß jede Bodenstation (A, B) im Minimum zwischen zwei Nebenzipfeln der auf die andere Bodenstation (B. A) gerichteten Strahlungskeule liegt, und daß jede der beiden Sirahlungskculen auf die ihr zugeordnete Bodenstation derart fehlausgerichtet ist. daß die Richtungen vom Satelliten zu den Bodenstationen auf den einander zugekehrten Flankender beiden Strahlungskculcn liegen.