DE3334326C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Richtstrahlantennenanordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Ein Dual-Mode- oder Zweimoden-Leistungsteiler ist ein Netz­ werk 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 gegenseitig eine vorgegebene Phasenprogression der N Ausgangssignale, die durch das dem einen der beiden Eingänge zugeführte Signal erzeugt werden, zu der Phasenprogression der N Ausgangssignale, die durch das dem anderen Eingang zugeführte Signal erzeugt werden, konjugiert sein, d. h. spiegelbildlich zur Phasennullachse.

Zweimoden-Leistungsteiler sind bekannt und werden in der Satelliten-Nachrichtenübertragungstechnik bei Richtstrahl­ antennen viel verwendet, um die geraden und ungeraden, benach­ barten Übertragungskanäle zu trennen und dadurch die Notwendig­ keit des Multiplexens aneinander angrenzender Kanäle zu ver­ meiden. In den US-PS 42 23 283 und 39 88 705 sind Beispiele derartiger Leistungsteiler beschrieben.

Aus der DE'OS 27 47 391 ist es bekannt, für unterschiedliche Übertragungskanäle Hornstrahler umzuschalten oder auszuwechseln. Ferner ist es aus der US-PS 37 50 175 bekannt, die Strahlrich­ tung einer Antennenanordnung durch Änderung der gegenseitigen Phasenlagen der Einzelstrahler umzuschalten. Die Umschaltung der Einzelstrahler eines Antennensystems zum Zwecke der Ände­ rung des Antennendiagramms ist weiterhin aus der Zeitschrift "IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques", Band MTT 27, Nr. 12, vom Dezember 1979, Seiten 998-1004 und aus den "Proceedings of the IEEE", Band 65, Nr. 3, vom März 1977, Sei­ ten 356 bis 369 bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß beim Umschalten von Strahlern einer Antennenanordnung unter Verwendung von Leistungsteilern die Beibehaltung einer gleichmäßigen Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Strah­ lern, also eine gleiche Phasenprogression der den Strahlern zugeführten Signal gewährleistet ist.

Diese Auf­ gabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Erfindung eignet sich besonders für geostationäre Nachrich­ tenübertragungssatelliten, die in einem Bahnbereich stationiert sind, der einen großen Meridianbereich überstreicht, wobei das Richtdiagramm seiner Antennenanordnung umschaltbar sein soll, um für eine Nachrichtensendung auswählbare Teile der Erdober­ fläche abzudecken. Die Einstellung des Richtdiagramms erfolgt durch Umschalten der Leistung zwischen den einzelnen Elementen der Antennenanordnung, wobei erfindungsgemäß sichergestellt wird, daß die Teilstrahlen benachbarter Antennenelemente derartige gegenseitige Phasenbeziehungen haben, daß man optimale Richt­ diagramme ohne Einbrüche im Versorgungsgebiet erhält.

Im folgenden wird der Erfindungsgedanke anhand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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

Fig. 2 in einer Tabelle die Phasen- und Amplitudenvertei­ lung 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 Amplitudenver­ teilung von CONUS, Alaska und Puerto Rico;

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 Sen­ debereich Puerto Rico umgeschaltet wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines konventionellen 2 : 4-Zweimoden-Netzwerkes (DMN) 10. Es enthält vier 3 dB- Koppler 11, 12, 13 und 14. Jeder Koppler teilt die empfan­ gene Eingangsleistung gleichmäßig und erteilt den leistungsgeteilten Signalen eine Phasenverschiebung von 90° in Bezug aufeinander. Die Eingangssignale am Ein­ gang E 1 werden im Koppler 11 bezüglich der Leistung gleich­ mäßig geteilt und diese leistungsgeteilten Signale wer­ den 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 kom­ biniert, was mit 90°-Phasenschiebern 15 und 16 zu der Phasen- und Amplitudenverteilung entsprechend der Tabel­ le 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 nun eine Vier-Horn-Speisenanordnung mit dieser Verteilung gespeist werden, um eine Richtstrahlcharakteristik zu erzeugen, die CONUS (das zusammenhängende Gebiet der Vereinigten Staaten) und Alaska überdeckt, wobei drei Richtstrahlen von diesen Ausgängen (Ausgang A 2, A 3 und A 4 in Fig. 1) für die Abdeckung der Bereiche CONUS Ost (CE), CONUS Zentral (CC) und CONUS West (CW) verwendet wird, und ein vierter Richtstrahl (Ausgang A 1) zur Ab­ deckung 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 Umschal­ ten so , wie es Fig. 3 zeigt (bei der der Schalter 21 mit dem Ausgang A 1 des 2 : 4-Zweimoden-Netzwerkes 10 gekoppelt ist), durchgeführt, d. h. ohne Neueinstellung der Phase, dann ergibt sich eine Richtstrahl-Amplituden-Phasenzuord­ nung, wie sie in der Tabelle der Fig. 4 gezeigt ist. Wie Fig. 4 zeigt, weisen die CONUS Ost und Puerto-Rico-Richt­ strahlen eine große relative Phasendifferenz auf, die 157,5°-22,5° oder 135,5° beträgt. Diese übermäßige große 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 Phasen­ vektoren so wie mit gestrichelten Linien 101 und 103 in Fig. 5 dargestellt, verändert. Die Phasen der Richt­ strahlen, die sich aus der Fig. 6 ergeben, sind jeweils für die Signale an den Eingängen E 1 und E 2 in den Fig. 7A bzw. Fig. 7B dargestellt. Die Phase des Signals aus dem Aus­ gang A 1 wird dann in nahe Übereinstimmung mit der Phase des Signals aus dem Ausgang A 4 gebracht, daher werden Richt­ strahler, die an diese Ausgänge gekoppelt sind, konstruk­ tiv in der Richtstrahlcharakteristik kombiniert.

Die einstellbare Antennenanordnung ist in Fig. 6 gezeigt. Die Eingangssignale an dem Eingang E 1 werden über das 2 : 4- Zweimoden-Netzwerk 10 an die Ausgänge A 1, A 2, A 3 und A 4 in der gleichen Weise wie vorher gekoppelt. Die Signale an den Ausgängen A 2, A 3 und A 4 werden dann den entsprechenden Antennenhörnern 22, 23 und 24 zugeführt, um den Bereich CONUS zu versorgen. Die Signale am Ausgang A 1 werden einem Schalter 21 zugeführt, der die Signale vom Ausgang A 1 ent­ weder 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 ge­ schaltet, daß er die Signale vom Ausgang A 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 A 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 21 (und folglich zur Änderung des Verbindungszustandes) kön­ nen von einer Bodenstation über das Satellitenelemetrie­ system gesendet werden.

Die Antennenanordnung auf dem Satelliten kann die in Fig. 6 dargestellte Form haben, bei der die Ausgänge A 1, A 2, A 3 und A 4 mit den in einer Reihe angeordneten Horn­ strahlern 25, 22, 23 und 24 und 26 gekoppelt sind. Der Hornstrahler 26 für Puerto Rico ist in Reihe mit und neben dem CE-Horn 24 angeordnet. Das Horn 25 für Alaska befindet sich neben dem und in Reihe mit dem CW-Horn 22. Die Hornstrahler befinden sich im allgemeinen im Brenn­ punkt einer parabolischen Reflektorschale 30.

Das beschriebene Zweimoden-Netzwerk teilt die Signallei­ stung gleichmäßig auf die Ausgänge auf. Selbstverständlich kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung aber auch ein Leistungsteilernetzwerk verwendet werden, bei dem die Ein­ gangssignalleistung auf die Ausgänge nicht gleichmäßig auf­ geteilt wird. Auch die Phasenstaffelung muß nicht notwen­ digerweise linear sein.

Claims (5)

1. Richtstrahlantennenanordnung mit umschaltbarem Richt­ diagramm, mit einem Leistungsteiler (10) mit zwei Eingängen (E 1, E 2) und einer ganzzahligen Anzahl N von Ausgängen (A 1-A 4), an denen bei Zuführung eines Eingangssignals an nur jeweils einen der Eingänge E 1 oder E 2 N verschiedene Ausgangssignale in festen gegenseitigen Leistungsverhältnissen mit fortschreitend zu­ nehmender Phasenverschiebung entstehen, wobei die Phasenlage der N Ausgangssignale bei Benutzung des einen Eingangs gegen­ über der Benutzung des anderen Eingangs spiegelbildlich zur Phasennullachse ist, und mit einer Koppelanordnung zur Koppe­ lung der N Ausgangssignale an N benachbart angeordnete Strah­ ler, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel­ anordnung einen durch ein Schaltsignal betätigbaren Umschal­ ter (21) zur Umschaltung des an einem Ausgang (A 1) anliegenden Ausgangssignals vom zu­ gehörigen Strahler (25 A) auf einen zusätzlichen (N + 1)ten Strahler enthält, und daß zwischen dem Umschalter (21) und dem (N + 1)ten Strahler ein Phasen­ schieber (55) angeordnet ist, durch den die Phasenverschiebung zwischen den den jeweils angeschalteten Strahlern zugeführten Ausgangssignalen nach der Umschaltung in gleichem Maße fort­ schreitet und eingestellt ist, wie vor der Umschaltung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Strahler (25, 22, 23, 24, 26) in einer Reihe angeordnet sind und der Umschalter (21) das Ausgangssignal zwischen den beiden an den Enden der Reihe angeordneten Strahlern (25 bzw. 26) umschaltet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Phasenschieber (55) ein 180°-Phasenschieber ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leistungsteiler (10) ein Zweimoden-Leistungs­ teiler ist.

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