DE3400736C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Satellitenfunk-Bodensta­ tionsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Größere, scharf bündelnde Cassegrain-Antennen in einer Boden­ stationsanlage für den Satellitenfunk müssen um zwei Achsen schwenkbar sein, um alle Satellitenpositionen erreichen zu können. Aus betriebstechnischen Gründen sollten alle Sende- und Empfangsgeräte leicht zugänglich sein und nahe beieinander liegen. Schwenkbare Cassegrain-Antennen, insbesondere für den Satellitenfunk, besitzen als Speisesystem oft ein sogenanntes Strahlwellenleitersystem, das aus einem Erregerhornstrahler und zwei bis vier Umlenkspiegeln besteht. Der Vorteil, der sich durch die Verwendung eines solchen Speisesystems ergibt, besteht darin, daß Sende- und Empfangsgeräte fest in einem nicht mitgeschwenkten Betriebsraum untergebracht werden können, ohne daß deshalb wesentliche Verluste bei der Leistungsüber­ tragung zwischen dem Hauptreflektor und den Geräten entstehen. Ein Nachteil einer bekannten Anordnung (DE-AS 27 22 373) liegt darin, daß mindestens einer der Umlenkspiegel gekrümmt ist, um eine genügende Strahlbündelung im Bereich des Subreflektors zu erzielen. Da gekrümmte Umlenkspiegel stets exzentrisch von der Seite her angestrahlt werden, entstehen Polarisationsfehler, d.h. Kreuzpolarisationsanteile, die vor allem bei einem Doppel­ polarisationsbetrieb der Antenne stören. Bei Verwendung mehrerer gekrümmter Umlenkspiegel gibt es zwar teilweise Kompensationsmöglichkeiten. Eine vollständige Kompensation der störenden Kreuzpolarisation ist jedoch bei Berücksichtigung von Beugungseffekten in einem größeren Frequenzbereich nicht möglich. Bei Strahlwellenleitersystemen mit nur zwei Reflektoren, die vor allem wegen des erheblich niedrigeren technischen und damit kostenmäßigen Aufwandes interessieren, läßt sich zwar die Spiegelkrümmung und damit der Kreuzpola­ risationsbeitrag von vornherein kleiner halten. Eine Kompensa­ tion der störenden Kreuzpolarisationsanteile ist jedoch in diesem Fall überhaupt nicht möglich. Aus der DE-AS 15 16 829 ist eine strahlwellenleiterähnliche Speisung allerdings einer nicht rotationssymmetrisch ausgebildeten Cassegrain-Antenne bekannt, die zwei Umlenkspiegel aufweist, von denen einer gekrümmt ist. Eine Kreuzpolarisationskompensation ist also hierbei nicht durchführbar. Die Herstellung und Einstellung von Strahlwellenleitersystemen mit gekrümmten Spiegeln ist außerdem sehr aufwendig.

Aus der DE-OS 25 11 833 ist eine Cassegrain-Antenne mit einem aus zwei, drei oder vier Planspiegeln bestehenden Strahlwellen­ leitersystem bekannt, durch welches die erwähnten Kreuzpolari­ sationsschwierigkeiten vermieden werden. Die erforderliche Strahlbündelung wird hierbei durch einen außerordentlich langen Erregerhornstrahler mit sehr geringem Öffnungswinkel erreicht. Auf die Anbringung der Cassegrain-Antenne in einer mit einem Betriebsraum ausgestatteten Satellitenfunk-Bodenstationsanlage wird allerdings in der DE-OS 25 11 833 an keiner Stelle einge­ gangen.

Bei der Antennenanlage nach der DE-OS 19 23 288 sind in einem um die Azimutdrehachse als Ganzes mitgeführten Elektronikraum sowohl die empfindlichen Empfangseinrichtungen als auch die Sendeeinrichtungen enthalten. Ein solcher Elektronikraum mit aufwendigen Drehlagerungen behindert und verteuert die gesamte Antennenkonstruktion wesentlich. Außerdem ist dieser Elektro­ nikraum mitsamt der Antenne auf dem Dach eines Betriebsgebäu­ des angeordnet und nur über Leitern, Treppen oder gar einen Lift erreichbar. Im übrigen ist bei dieser bekannten Lösung nicht versucht worden, das Strahlwellenleiter-Speiseprinzip für einen möglichst kreuzpolarisationsfreien Betrieb einzu­ setzen. Vielmehr wird die Cassegrain-Antenne über ein zentral auf der Hauptreflektorsymmetrieachse angeordnetes Erregerhorn gespeist.

Die aus dem DE-GM 74 43 028 und der Zeitschrift "Nachrichten- Elektronik", 35 (1981), Heft 11, Seiten 418 bis 427, insbeson­ dere Fig. 17, bekannten Antennen weisen eine zweifach geknickte Hornparabolspeisung mit einem gekrümmten und einem ebenen Um­ lenkspiegel auf. Diese Antennenkonstruktion führt zu erhöhten Kreuzpolarisationsbeiträgen, die insbesondere bei Doppelpolar­ isationsbetrieb stören. Außerdem ist die Antenne als Ganzes auf dem Betriebsraum der Satellitenfunk-Bodenstationsanlage ange­ bracht, was eine aufwendige Lagerung voraussetzt. Ebenfalls auf einem turmartigen Gebäude ist die Cassegrain-Antenne der aus der DE-OS 20 09 139 bekannten Satellitenfunk-Bodenstation ange­ bracht. Diese Cassegrain-Antenne wird nicht über einen Strahl­ wellenleiter, sondern über ein zentral auf der Hauptreflektor­ symmetrieachse angeordnetes Erregerhorn gespeist, das in eine Gerätekabine mit Empfangs- und Sendegeräten hineinragt. Bei dieser Station ist der Betriebsraum sozusagen in Form einer Gerätekabine in den drehbaren Antennenaufbau integriert, was eine äußerst aufwendige Lagerung und einen umständlichen Zugang über Leitern oder Treppen bedingt. Für diejenigen Boden­ stationsanlagen, bei denen sich die Antenne als Ganzes auf einem Gebäude befindet, ergibt sich zum einen ein relativ langer Strahlweg zwischen dem meist im Deckenbereich des Be­ triebsgebäudes angeordneten Hornkragen und dem Subreflektor und zum anderen als unbedingtes Erfordernis eine sehr tragfähige Deckenkonstruktion.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Satellitenfunk-Bodenstations­ anlagen der eingangs genannten Art mit einer nach dem Casse­ grain-Prinzip arbeitenden Antenne, die aus Gründen der Pola­ risationseinheit mit einem aus drei Planspiegeln bestehenden Strahlwellenleitersystem versehen ist, bauliche Maßnahmen anzugeben, die zu sehr kurzen Strahlwegen im Speisesystem führen und Strahlbündelungsprobleme nur eine sehr unterge­ ordnete Rolle spielen lassen und durch die sich bei guter Zugänglichkeit zur Speiseseite des Erregerhornstrahlers und zu den daran angeschlossenen Geräten die Halterung der Casse­ grain-Antenne so ausbilden läßt, daß die Decke des Betriebs­ raumes nur einen kleinen Teil des Antennengewichtes aufnimmt.

Gemäß der Erfindung, die von einer Satellitenfunk-Boden­ stationsanlage der eingangs genannten Art ausgeht, wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer in der deutschen Patentanmeldung DE 33 30 284 A1 vorgeschlagenen Bodenstation ist die Cassegrain-Antenne zwar auch seitlich an einem Betriebsraum angebaut. Allerdings handelt es sich dort nicht um eine über einen Strahlwellenlei­ ter gespeiste Cassegrain-Antenne, sondern um eine Antenne mit zentralem Erregerhorn, was völlig andere Konstruktionsprin­ zipien voraussetzt.

Es lassen sich bei einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Satellitenfunk-Bodenstationsanlage trotz Verwendung eines Hornstrahlers mit kurzer Baulänge ebene Spiegel im Strahl­ wellenleitersystem verwenden, so daß von vornherein Kreuz­ polarisationsanteile ausgeschlossen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß im Aperturbereich des Hornstrahlers eine rotations­ symmetrisch ausgebildete dielektrische Sammellinse angeordnet ist. Es kann dann ein Hornstrahler mit extrem kurzer Baulänge verwendet werden. Die dielektrische Sammellinse sorgt dann in allen Fällen für die erforderliche Bündelung der Strahlung. Da die rotationssymmetrische dielektrische Sammellinse zentrisch und symmetrisch auf der Hornstrahler­ achse angeordnet ist, erzeugt auch sie bei Linearpolarisation keine Kreuzpolarisation in der Hauptstrahlrichtung der Antenne. Damit entfällt auch bei der Zirkularpolarisation der sonst auftretende störende Schielwinkel der Strahlungshaupt­ keule gegen die Hauptreflektorachse.

Die dielektrische Sammellinse kann zugleich als Schutzabdeckung der Öffnung des Erregerhornstrahlers verwendet werden, so daß die zum Schutz des Hornstrahlers in üblicher Weise erforderli­ che Abdeckfolie entfallen kann.

Im folgenden wird anhand von zwei Figuren ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach der Erfin­ dung mit einer strahlwellenleitergespeisten, nach dem Cassegrain-Prinzip arbeitenden Antenne in einer Ansicht von der Seite,

Fig. 2 die Bodenstationsanlage nach Fig. 1 in einer Ansicht von oben.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Satellitenfunk-Boden­ stationsanlage weist eine Antenne mit einem Hauptreflektor 1 und einem über Stützen 2 am Hauptreflektor 1 gehaltenen Fangre­ flektor 3 auf. Im rotationssymmetrisch ausgebildeten Hauptre­ flektor 1 ist im Scheitelbereich eine Strahldurchgangsöffnung 4 vorgesehen, durch welche das vom Speisesystem ausgehende Strahlenbündel zum rotationssymmetrisch ausgebildeten Fangre­ flektor 3 verläuft. Das hinter dem Hauptreflektor 1 angeordnete Speisesystem besteht aus einem Erregerhornstrahler 5 und einem Strahlwellenleitersystem, das aus drei ebenen Umlenkspiegeln 6, 7 und 8 zusammengesetzt ist. Der Hauptreflektor 1 wird mittels eines fachwerkartigen Stützgestells 9 versteift. Die nach dem Cassegrain-Prinzip arbeitende Antenne soll um eine horizontal verlaufende Elevationsdrehachse 10 vertikal und um eine vertikal verlaufende Azimutdrehachse 11 horizontal schwenkbar sein, so daß eine Satellitennachführung der Antenne in großen Raumwinkelbereichen ermöglicht wird.

Die Antenne ist an einen ortsfesten Betriebsraum 12 seitlich angebaut. Die Form des Betriebsraums 12 ist so gewählt, daß sich zum einen Sendeeinrichtungen 13 möglichst nahe am Erregerhornstrahler 5 anordnen lassen und zum anderen die Antenne möglichst weit um die Azimutdrehachse 11 geschwenkt werden kann, ohne daß die Antenne an die Mauern des Betriebs­ raumes 12 anschlägt. Aus diesem Grund weist der Betriebsraum 12 einen schmaleren Vorbau 15 auf. Der schmalere Vorbau 15 enthält in einem Polarisationsdrehgestell 16 Empfangsein­ richtungen und ein Hohlleiterspeisesystem, von dem ein Hohl­ leiter zur Speiseseite des zweckmäßig als Rillenhorn ausgebildeten Erregerhornstrahlers 5 führt. Das gesamte Hohlleitereinspeisesystem zusammen mit dem Erregerhorn­ strahler 5 wird deswegen in dem Drehgestell 16 mitgedreht, weil bei Linearpolarisation oft die Polarisationsrichtung korrigiert werden muß. Das Polarisationsdrehgestell 16 ist an der Dachunterseite des Vorbaus 15 mittels einer Lagerung 14 drehbar gelagert. Das Polarisationsdrehgestell 16 ist genauso wie die Sender 13 vom Inneren des Betriebsraumes 12 her zugänglich. Im Polarisationsdrehgestell 16 ist auch eine Sende-/Empfangsweiche enthalten, von der aus zwei Leitungen 30, 31 zu den Sendereinrichtungen 13 führen.

Der Erregerhornstrahler 5 weist eine kurze Baulänge auf und ragt mit seiner Ein- und Ausspeisestelle in den schmalen Vorbau 15 des Betriebsraumes 12 und dort in das Polarisa­ tionsdrehgestell 16 hinein. Durch den Erregerhornstrahler 5, und zwar identisch mit dessen Rotationssymmetrieachse, sowie durch das Zentrum des mit 45° angewinkelten Umlenk­ spiegels 8 verläuft die Azimutdrehachse 11. Eine Antennen- Haltevorrichtung trägt den Hauptreflektor 1, den Subreflek­ tor 3 und das aus den drei Umlenkspiegeln 6,7 und 8 bestehen­ de Strahlwellenleitersystem. Diese Antennen-Haltevorrichtung besteht aus einem Stützteil 17 und aus einem tragwerkartigen Fahrgestell 18. Das Stützteil 17 ist in einem Azimut­ drehlager 19 auf dem Dach des Vorbaus 15 drehbar gelagert. Bei kanzelförmigem Gebäudevorbau 15 kann das Azimutdrehlager 19 auch unten am Boden des Betriebsraumvorbaus 15 angebracht werden. Das tragwerkartige Fahrgestell 18 weist zwei oder mehr zueinander versetzte Laufräder 20 auf, die sich auf einer um die Azimutdrehachse 11 als Mittelpunkt verlaufenden, auf dem Boden angebrachten Laufschiene 21 abstützen. Durch die besondere Konstruktion dieser Antennen-Haltevorrichtung lassen sich der Hauptreflektor 1, der Fangreflektor 3 und das aus den drei Umlenkspiegeln 6, 7 und 8 bestehende Strahl­ wellenleitersystem um die Azimutdrehachse 11 als Ganzes schwenken.

Mittels einer Drehgelenklagerung 22 sind der Hauptreflektor 1, der Fangreflektor 3 sowie der dem Fangreflektor 3 strah­ lungsmäßig nächste und unmittelbar hinter der Strahldurch­ gangsöffnung 4 des Hauptreflektors 1 angeordnete Umlenk­ spiegel 6 am Stützteil 17 um die Elevationsachse 10 dreh­ bar gemeinsam angelenkt. Der Hauptreflektor 1, der Fang­ reflektor 2 und der Umlenkspiegel 6 sind somit starr mit­ einander verbunden. Zur Herbeiführung der Schwenkung um die Elevationsdrehachse 10 ist eine aus- und einziehbare Schub­ stange 23 vorgesehen, welche mit ihrem einen Ende unten am fachwerkartigen Stützgestell 9 des Hauptreflektors 1 und mit ihrem anderen Ende an einer Stelle 24 des Fahrgestells 18 angebracht ist, das nur um die Azimutdrehachse 11 herum bewegbar ist. An dieser Stelle ist es zeckmäßig, darauf hinzuweisen, daß die übliche Lösung der Elevationsschwenkung mit zwei Elevationsdrehkränzen hier selbstverständlich zur Anwendung auch in Betracht kommt. Im Ausführungsbeispiel wurde jedoch die besonders kostengünstige Lösung mit der Schubstange 23 dargestellt.

Zum Schutz und zur Abschirmung des aus den drei Umlenk­ spiegeln 6, 7 und 8 bestehenden Strahlwellenleitersystems sind Abschirmzylinder 25 und 26 vorgesehen.

In der Strahlungsöffnung des eine kurze Baulänge aufwei­ senden Erregerhornstrahlers 5 kann zentrisch und rotations­ symmetrisch eine dielektrische Linse 27 angeordnet werden. Diese Linse 27 wird so dimensioniert, daß die aus der Hornstrahlerapertur ins Freie in Richtung zum Strahlwellen­ leitersystem austretenden Strahlen durch die Linse 27 stärker gebündelt werden und damit ein nur leicht diver­ gierend, parallel oder leicht konvergierend verlaufendes Strahlenbündel darstellen.

Eine weitere konstruktive Ausführungsform ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Hierbei besteht das Erregersystem aus einem Hornstrahler 29 und einem Umlenkspiegel 28 in der Azimutdrehachse 11. Der ebene Umlenkspiegel 28 lenkt die Strahlung zum in diesem Fall im Betriebsraum 12 weiter zurückgesetzt angeordneten Hornstrahler 29 um, der in einem Polarisationsdrehgestell 32 befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform sind der Hornstrahler 29 und das Polarisationsdrehgestell 32 sehr leicht zugänglich. Der Hornstrahler 29 ragt in diesem Fall durch die Seitenwand des Betriebsraums 12. Das Azimutdrehlager 19 ist ebenerdig angebracht und mit der entsprechend nach unten gezogenen Stützvorrichtung 17 verbunden. Der Strahlengang zwischen den Spiegeln 8 und 28 sowie zwischen dem Spiegel 28 und dem Hornstrahler 29 ist dabei ebenfalls abgeschirmt, wobei der Abschirmzylinder zwischen den Spiegeln 8 und 28 aus zwei gegeneinander bewegbaren Ab­ schnitten besteht, um die Azimutdrehbewegung der Antenne zu ermöglichen.

In Fig. 2 ist die 90°- Azimut-Stellung der Antenne durch eine gestrichelte Darstellung des Hauptreflektors angedeutet.

Claims (7)

1. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage mit einer nach dem Cassegrain-Prinzip arbeitenden, um eine Elevations- und eine Azimut-Drehachse schwenkbaren Antenne, die seitlich an einem ortsfesten Betriebsraum angebaut und mit einem rota­ tionssymmetrischen Hauptreflektor, einem rotationssymmetrischen Fangreflektor und einem Speisesystem versehen ist, das hinter dem eine zentrale Strahldurchgangsöffnung aufweisenden Haupt- Reflektor angeordnet ist und das aus einem Erregersystem sowie aus einem Strahlwellenleitersystem, bestehend aus einem ersten, zweiten und dritten, jeweils ebenen Umlenkspiegel zu­ sammengesetzt ist, wobei der erste der strahlungsmäßig nächste zum Erregersystem ist, der zweite der strahlungsmäßig mittlere ist und der dritte unmittelbar hinter der Strahldurchgangs­ öffnung des Hauptreflektors angeordnet ist und wobei durch den ersten die Azimutdrehachse, die mit der vertikal verlaufenden Symmetrieachse des Erregersystems identisch und um die eine zum Halten des Strahlwellenleitersystems des Hauptreflektors und des Fangreflektors vorgesehene Antennen- Haltevorrichtung als Ganzes drehbar ist, und durch den zweiten sowie den dritten Umlenkspiegel die Elevationsdrehachse verläuft, um die der Hauptreflektor, der Fangreflektor und der dritte, von der Azimutdrehachse abgesetzt angeordnete Umlenkspiegel in zueinander starrer mechanischer Verbindung und mit einer Gelenkverbindung an der Antennen-Haltevorrichtung gemeinsam drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen-Haltevorrichtung (17, 18) zum einen in einem zentralen, in der Azimutdrehachse (11) liegenden Azimutdrehlager (19) am Dach oder unter dem Boden eines schmaleren Vorbaus (15) des Betriebsraums (12) und zum anderen über ein tragwerkartiges Fahrgestell (18) gelagert ist, das zwei oder mehr zueinander versetzte Laufräder (20) aufweist, die sich auf einer um die Azimutdrehachse als Mittelpunkt verlaufenden Laufschiene (21) stützen.

2. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbei­ führung der Schwenkung um die Elevationsdrehachse (10) eine aus- und einziehbare Schubstange (23) vorgesehen ist, welche mit ihrem einen Ende unten am Hauptreflektor (1) und mit ihrem anderen Ende an einer Stelle des Fahrgestells (18) angebracht ist, das nur um die Azimutdrehachse (11) herum bewegbar ist.

3. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreger­ system ausschließlich aus einem Hornstrahler (5) besteht, der mit seiner Speisestelle in den schmaleren Vorbau (15) des Betriebsraums (12) hineinragt.

4. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erreger­ system aus einem im Betriebsraum (12) zurückgesetzt ange­ ordneten Hornstrahler (29) und einem weiteren ebenen Umlenk­ spiegel (28) besteht, der in der Azimutdrehachse (11) ange­ ordnet ist und der die Strahlung zum Hornstrahler umlenkt.

5. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkürzung der Länge des Strahlwellenleitersystems (6, 7, 8) im Apertur­ bereich des Hornstrahlers (5) eine rotationssymmetrisch aus­ gebildete, dielektrische Sammellinse (27) angeordnet ist.

6. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung ausschließlich eines Hornstrahlers (5) im Erreger­ system dieser zusammen mit seinem Speisesystem auf einem Drehgestell (16) angebracht ist, das zur Korrektur der Polari­ sationsrichtung bei Linearpolarisation gedreht wird.

7. Satellitenfunk-Bodenstationsanlage nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz und zur Abschirmung des Strahlwellenleitersystems (6, 7, 8) Abschirm­ zylinder (25, 26) vorgesehen sind.