DE3334326A1

DE3334326A1 - Einstellbare richtstrahl-antennenanordnung

Info

Publication number: DE3334326A1
Application number: DE19833334326
Authority: DE
Inventors: Charles Edward 08003 Cherry Hill N.J. Profera; Hendrick Holden 07712 Interlaken N.J. Soule jr.
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1982-09-23
Filing date: 1983-09-22
Publication date: 1984-03-29
Also published as: US4471361A; GB8325249D0; FR2533763B1; GB2127623A; DE3334326C2; GB2127623B; FR2533763A1

Description

Einstellbare Richtstrahl-Antennenanordnung

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Richtstrahl-Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft einstellbare Richtstrahl-Antennenanordnungen und bezieht sich insbesondere auf Anordnungen mit Dual-Mode-Leistungsteiler.

Ein Dual-Mode- oder Zweimoden-Leistungsteiler ist ein Netzwerk mit zwei Eingängen und N Ausgängen, das (a) eine gegebene Leistungsverteilung an den N Ausgängen erzeugt, wenn nur der eine der beiden Eingänge mit einem Signal gespeist wird, und (b) dieselbe gegebene Leistungsverteilung erzeugt, wenn nur der andere der beiden Eingänge mit dem Signal gespeist wird. Die hierbei erzeugten N Ausgangssignale weisen eine gegebene Phasenabstufung, -progression oder -staffelung auf. Zur Vermeidung von Verlusten sollte die Phasenstaffelung der N Ausgangssignale, die durch das dem einen der beiden Eingänge zugeführte Signal erzeugt werden, zu der Pha-

senstaffelung der N Ausgangssignale, die durch das dem anderen Eingang zugeführte Signal erzeugt werden, konjugiert sein.

Zweimoden-Leistungsteiler sind bekannt und werden in der Satelliten-Nachrichtenübertragungstechnik bei Richtstrahlantennen viel verwendet, um die geraden und ungeraden, benachbarten Übertragungskanäle zu trennen und dadurch die Notwendigkeit des Multiplexens aneinander angrenzen-]_0 der Kanäle zu vermeiden. In den US-PSen 4 223 283 und

3 988 705 sind Beispiele derartiger Leistungsteiler beschrieben.

Geostationäre Nachrichtenübertragungssatelliten können in einem Bahnbereich stationiert sein, der einen weiten Longitudinalbereich überspannt. An Bord des Satelliten kann sich eine Antennenanordnung befinden, deren Richtstrahlcharakteristik nach Wunsch einstellbar ist, um für eine Nachrichtensendung einen bestimmten Teil der Erdoberfläche abzudecken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die den Sendebereich einer Richtstrahl-Antennenanordnung an Bord eines Satelliten einzustellen erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan~ spruch 1 gekennzeichnete Anordnung gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Einstellung der Richtstrahlcharakteristik wird bei der Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Umschalten der Leistung zwischen den Elementen

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einer geformten Strahlreflektor-Antennenspeiseanordnung erreicht, außerdem wird sichergestellt, daß Teilstrahlen, benachbarter Elemente eine Phasenbeziehung in Bezug aufeinander aufweisen, die eine optimale Richtstrahlcharakteristik ergibt.

In einer Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind N-1 von N Ausgängen eines Leistungsteilers mit jeweils einem von N-1 Strahlern gekoppelt. Der N-te

!0 Ausgang ist in bestimmter Weise entweder zum Erzeugen einer bestimmten Richtstrahlcharakteristik direkt an den N-ten Strahler oder zum Erzeugen einer anderen Richtstrahlcharakteristik über einen Phasenschieber an den N+1-ten Strahler anschaltbar. Die Anordnung ist hierbei so ausgelegt, daß die Phasenstaffelung an den Eingängen zu den Strahlern für beide Richtstrahlcharakteristiken gleich ist.

Im folgenden wird der Erfindungsgedanke anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 als Blockschaltbild ein bekanntes 2:4 Zweimoden-Leistungsteilernetzwerk;

Fig. 2 in einer Tabelle die Phasen- und Amplitudenverteilung für ein derartiges Netzwerk;

Fig. 3 als Blockschaltbild den 2:4-Leistungsteiler gemäß Fig. 1 mit einem geschalteten Ausgang;

Fig. 4 in einer Tabelle eine Phasen- und Amplitudenverteilung für CONUS, Alaska und Puerto Rico; 35

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Fig. 5 in Form durchgezogener Linien die Phasen der

Richtstrahlen für die Anordnung nach Fig. 3 und in Form gestrichelter Linien die Phasen der Richtstrahlen für die Anordnung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 als Blockschaltbild eine einstellbare Richtstrahl-Antennenanordnung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7A und 7B die Phasen der Richtstrahlen entsprechend Fig. 6, wenn vom Sendebereich Alaska auf den Sendebereich Puerto Rico umgeschaltet wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines konventionellen 2:4-Zweimoden-Netzwerkes (DMN) 10. Es enthält vier 3dB-Koppler 11, 12, 13 und 14. Jeder Koppler teilt die empfangene Eingangsleistung gleichmäßig und erteilt den ²^ leistungsgeteilten Signalen eine Phasenverschiebung von 90° in Bezug aufeinander. Die Eingangssignale am Eingang 1 werden im Koppler 11 bezüglich der Leistung gleichmäßig geteilt und diese leistungsgeteilten Signale werden durch die Koppler 12 und 13 in ihrer Leistung weiter gleich geteilt, so daß dann vier in der Signalleistung gleichmäßig aufgeteilte Signale zur Verfügung stehen. Der eine Ausgang des Kopplers 12 und der eine Ausgang des Kopplers 13 werden im folgenden im Koppler 14 kombiniert, was mit 90°-Phasenschiebern 15 und 16 zu der

Phasen- un Amplitudenverteilung entsprechend der Tabelle gemäß Fig. 2 führt. Bei einem typischen US-Inlands-Nachrichtensatellit in einem westlichen Bahnabschnitt (oberhalb des Äquators, aber in einem Längenbereich an

oder nahe an der Westküste der Vereinigten Staaten) kann 35

nun eine Vier-Horn-Speiseanordnung mit dieser Verteilung gespeist werden, um eine Richtstrahlcharakteristik zu

-δι erzeugen, die CONUS (das zusammenhängende Gebiet der Vereinigten Staaten) und Alaska überdeckt, wobei drei Richtstrahlen von diesen Ausgängen (Ausgang 2, 3 und 4 in Fig. 1) für die Abdeckung der Bereiche CONUS Ost (CE), CONUS Zentral (CC) und CONUS West (CW) verwendet wird, und ein vierter Riehtstrahl (Ausgang 1) zur Abdeckung von Alaska.

Wenn dieser Satellit mit der Antenne in eine mehr östliche Bahnposition über dem Äquator bei einer Länge an oder in der Nähe der Ostküste der Vereinigten Staaten gebracht wird, und wenn die Abdeckung von Puerto Rico erforderlich ist, dann kann ein zusätzlicher Richtstrahl für Puerto Rico (PR-Richtstrahl) wünschenswert sein, wobei dann die Sendeleistung von den Strahlern für die Abdeckung von Alaska (A) auf diesen umgeschaltet wird. Wird das Umschalten so, wie es Fig. 3 zeigt (bei der der Schalter 21 mit dem Ausgang 1 des 2:4-Zweimoden-Netzwerkes 10 gekoppelt ist), durchgeführt, d.h. ohne Neueinstellung der Phase, dann ergibt sich eine Richtstrahl-Amplituden-Phasenzuordnung, wie sie in der Tabelle der Fig. 4 gezeigt ist. Wie Fig. 4 zeigt, weisen die CONUS Ost und Puerto Rico-Richtstrahlen eine große relative Phasendifferenz auf, die 157,5°-22,5° oder 135,5° beträgt. Diese übermäßige große

²^ Phasendifferenz führt zu übermäßig starken destruktiven Interferenzen in dem Bereich zwischen den Bereichen für die Richtstrahlen CONUS Ost und Puerto Rico und erzeugt einen starken Verstärkungsabfall in dem östlichen Bereich des CE-Richtstrahles. Dieser starke Abfall gefährdet die

Versorgung der Bereiche Puerto Rico und CONUS Ost. Die Phasenvektoren, die die Zweimoden-Ausgangssignale des bekannten 2:4 Netzwerkes darstellen, sind in Fig. 5 mit durchgezogenen Linien gezeigt.

Als nächstes wird die Einschaltung eines festen 180°-Pha-

senschiebers in den Richtstrahl Puerto Rico betrachtet, und zwar am geschalteten Ausgang des Netzwerkes 10 wie es Fig, 6 zeigt. Bei dieser Anordnung werden die Phasenvektoren so wie mit gestrichelten Linien 101 und 103 in Fig. 5 dargestellt, verändert. Die Phasen der Richtstrahlen, die sich aus der Fig. 6 ergeben, sind jeweils für die Signale an den Eingängen 1 und 2 in den Fig. 7A bzw. 7B dargestellt. Die Phase des Signals aus dem Ausgang 1 wird dann in nahe Übereinstimmung mit der Phase ig des Signals aus dem Ausgang 4 gebracht, daher werden Richtstrahlen, die an diese Ausgänge gekoppelt sind, konstruktiv in der Richtstrahlcharakteristik kombiniert.

Die einstellbare Antennenanordnung ist in Fig. 6 gezeigt.

Die Eingangssignale an dem Eingang 1 werden über das 2:4-Zweimoden-Netzwerk 10 an die Eingänge 1,2,3 und 4 in der gleichen Weise wie vorher gekoppelt. Die Signale an den Ausgängen 2, 3 und 4 werden dann den entsprechenden Antennenhörner 22, 23 und 24 zugeführt, um den Bereich CONUS zu versorgen. Die Signale am Ausgang 1 werden einem Schalter 21 zugeführt, der die Signale vom Ausgang 1 entweder an ein Horn 25 (für die Versorgung von Alaska) oder über einen 180°-Phasenschieber 55 an ein Horn 26 (für die Versorgung von Puerto Rico) koppelt. Wenn der Satellit den Bereich Alaska versorgt, ist der Schalter 21 so geschaltet, daß er die Signale vom Ausgang 1 direkt dem Horn 25 zuführt. Wenn der Satellit in dem Bereich über der Ostküste (östliche Bahn) gebracht wird, wird ein Steuersignal von einem Signalgeber 56 abgegeben, um den Schalter 21 für die Kopplung der Signale vom Ausgang 1 über den 180°-Phasenschieber 55 an das Horn 26 für die Versorgung des Bereichs Puerto Rico umzuschalten. Die Steuersignale zur Steuerung der Stellung des Schalters (und folglich zur Änderung des Verbindungszustandes) können von einer Bodenstation über das Satellitentelemetriesystem gesendet werden.

Die Antennenanordnung auf dem Satelliten kann die in Fig. 6 dargestellte Form haben, bei der die Ausgänge 1, 2, 3 und 4 mit den in einer Reihe angeordneten Hornstrahlern 25, 22, 23 und 2 4 und 26 gekoppelt sind. Der

t- Hornstrahler 26 für Puerto Rico ist in Reihe mit und ο neben dem CE-Horn 2 4 angeordnet. Das Horn 2 5 für Alaska befindet sich neben dem und in Reihe mit dem CW-Horn Die Hornstrahler befinden sich im allgemeinen im Brennpunkt einer parabolischen Reflektorschale

Das beschriebene Zweimoden-Netzwerk teilt die Signalleistung gleichmäßig auf die Ausgänge auf. Selbstverständlxch kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung aber auch ein Leistungsteilernetzwerk verwendet werden, bei dem die Ein-

_1S5 gangssignalleistung auf die Ausgänge nicht gleichmäßig aufgeteilt wird. Auch die Phasenstaffeiung muß nicht notwendigerweise linear sein.

Claims

Einstellbare Richtstrahl-Antennenanordnung Patentansprüche

1. Richtstrahl-Antennenanordnung die zum Erzeugen von Richtstrahlen mit einer ersten oder einer zweiten vorgegebenen Richtstrahlcharakteristik einstellbar ist, mit einer Leistungsteilervorrichtung (10), die zwei Eingänge und eine geradzahlige Anzahl N von Ausgängen (1,2,3,4) aufweist, bei ausschließlicher Zuführung eines Eingangssignals an den einen (1) der Eingänge (1, 2), an den N Ausgängen N verschiedene leistungsgeteilte Signale mit vorgegebenen relativen Leistungswerten sowie einer ersten Phasenabstufung erzeugt und bei Zuführung eines Eingangssignal nur am anderen (2) der Eingänge (1, 2) an den N Ausgängen N verschiedene leistungsgeteilte Signale mit vorgegebenen relativen Leistungswerten und einer konjugierten

Phasenabstufung erzeugt und mit einer Anordnung zur Kopplung der N leistungsgeteilten Signale an N verschiedene Strahler,

dadurch gekennzeichnet, daß ein (N+1)-ter Strahler (26) vorhanden ist, daß die Kopplungsanordnung eine Phasenschiebervorrichtung (55) und eine Schaltvorrichtung (21) enthält und die Schaltvorrichtung (21) auf ein Steuersignal (von 56) anspricht, um das leistungsgeteilte Signal, das von einem bestimmten Ausgang (1) der Ausgänge abgegeben und ansonsten einem bestimmten Strahler (25A) der N Strahler zugeführt wird, auf den (N+1)-ten Strahler über die Phasenschiebervorrichtung (55) umzuschalten, um in der Signalenergie, die dem (N+1)-ten Strahler zugeführt wird, eine solide Phasenverschiebung einzuführen, daß die Phasenabstufung in den verschiedenen Signalen, die diesen N Strahlern mit Einschluß des (N+1)-ten Strahlers zugeführt werden, gleich der Phasenabstufung in den verschiedenen Signalen, die den N Strahlern zugeführt werden, ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die N Strahler und der (N+1)-te Strahler in einer Reihe angeordnet sind und daß die Schaltvorrichtung (21) ein leistungsgeteiltes Signal von dem bestimmten Ausgang jeweils auf einen der beiden Strahler, die an den jeweiligen Enden der Reihe angeordnet sind, koppelt.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebervorrichtung (55) einen 180°-Phasenschieber umfaßt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei- stungsteilervorrichtung (10) ein 2:4-Zweimoden-Leistungsteiler ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Zahl N gleich 4 ist.