DE4202568C2 - Polarisatorsteuerung für eine Satellitenempfangsantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Polarisatorsteuerung für eine Satellitenantenne, die am Antennenort einen Pola­ risator und einen Konverter (= Low-Noise-Converter) zum Empfang von Satellitensignalen mit beliebiger Pola­ risationsrichtung enthält. Der Polarisator wird dabei über eine zweiadrige Leitung mit einem Differenzstrom ge­ speist, dessen Wert und Stromrichtung kontinuierlich über eine Steuereinrichtung einstellbar ist, die sich in der Regel im zugehörigen Satellitentuner befindet. Im Satellitentuner befindet sich auch ein Netzteil zur Fern­ versorgung des Konverters am Ort der Antenne. Dabei wird die Antennenzuleitung, die aus einem Koaxialkabel besteht, zur Stromversorgung des Konverters verwendet, indem die zwischen 12 V und 20 V liegende Gleichspannung über das Koaxialkabel dem Konverter zugeführt wird. Für den Steuer­ gleichstrom des Polarisators, der den Bereich von -65 mA bis +65 mA umfaßt, ist die Verlegung eines zweiadrigen Kabels parallel zum Koaxialkabel erforderlich.

Die Verlegung eines derartigen Zusatzkabels, ins­ besondere im Außenbereich, ist oft schwierig und erfordert zusätzliche Durchführungen, Kabelbefestigungen und anderes und stellt daher bei der Montage und im Betrieb einen Un­ sicherheitsfaktor dar.

Es sind Satellitenempfangsantennen bekannt, bei denen die Umschaltung der Polarisationsrichtung nicht mittels eines magnetischen Polarisators erfolgt, dessen magnetisches Feld durch eine mit Gleichstrom durchflos­ sene Spule geändert wird, sondern durch ein elektromecha­ nisches Kippen des beweglichen Polarisators. Die Informa­ tion über den jeweiligen Kippzustand wird der Polarisator­ kippeinrichtung über zwei unterschiedliche Gleichspan­ nungspegel auf der Koaxialleitung übertragen, wobei eine Schwellwertschaltung in der Antenne dann den einen oder anderen Zustand erkennt. Bei diesem System entfällt zwar die zusätzliche Steuerleitung, jedoch liegen durch die Mechanik die beiden Polarisationsrichtungen starr fest. Dies ist sehr unerwünscht, da zum optimalen Empfang bei begrenzter Antennenschüsselgröße die jeweilige Polarisa­ tionsrichtung sehr genau eingestellt werden sollte. Zudem stimmt die Polarisationsrichtung der empfangenen Satelliten­ signale oft nicht mit ihrem Sollwert genau überein.

In der Fachzeitschrift "Funkschau", Nr. 13/1991, Seiten 56 bis 61 ist eine Satellitenempfangsanlage mit einem Polarisator beschrieben, dessen Ausgang auf zwei umschaltbare Konverter (=LNC) geführt ist, die jeweils über eine Koaxialleitung als Antennenableitung mit einem Empfänger verbunden sind. In dem Aufsatz wird nun beschrieben, wie eine der beiden Koaxialleitungen durch Hinzufügung eines elektronischen Umschalters eingespart werden kann, wenn mit der Schaltspannung für die LNC-Umschaltung von 14 V und 18 V auch der elektronische Umschalter angesteuert wird, dessen Eingänge mit den beiden LNC-Ausgängen und dessen Ausgang mit der einzigen Koaxialleitung verbunden sind. Die Versorgung des Polarisators mit dem Steuerstrom erfolgt dabei nach wie vor über ein zweiadriges Stromkabel, das separat zwischen dem Empfänger und dem Polarisator verlegt werden muß. Diese Anordnung weist die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf.

Aus der Offenlegungsschrift DE 20 05 674 ist es bekannt, daß zum Übertragen von kontinuierlichen Steuersignalen auf ein abgesetztes elektronisches Gerät, z. B. ein Antennenverstärker am Ende einer Antennenanlage, über die Antennenzuleitung, die in der Regel als Koaxialleitung ausgeführt ist, außer einer Speisegleichspannung auch eine kontinuierlich veränderbare Gleichspannung als Steuersignal übertragen werden kann, die durch geeignete elektronische Mittel am abgesetzten Ort, also am entfernten Ende der Koaxialleitung, wieder in ein Steuersignal umgewandelt werden kann.

In der DE 40 08 967 A1 ist beschrieben, wie eine Gerätekombination des Kommunikationsbereiches, die einen Farbfernsehempfänger, Videorecorder und entsprechende weitere Geräte umfaßt, bezüglich einer gemeinsamen Steuerung über eine einzige Fernbedienungseinrichtung zusammengeschaltet wird. Alle Geräte werden hierzu über Antennenzuleitungen miteinander verbunden, wobei die einzelnen Steuersignale darauf als Gleich- und/oder Niederfrequenzspannungen oder -strom und/oder Daten übertragen werden.

Schließlich wird in der DE 34 19 344 A1 eine großräumige Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Einzelantennen, insbesondere eine Interferometerpeilanordnung, beschrieben, bei der die Steuersignale für die einzelnen Antennengruppen über die Hochfrequenz-Antennenzuleitungen mitübertragen werden. Die Steuersignale werden dabei als Pulssignale mit unterschiedlichen Pulspausen übertragen. Am Empfangsort findet über Torschaltungen eine Erkennung der einzelnen Digitalsignale statt, an die sich die Dekodierung und schließlich die Antennensteuerung anschließt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Polarisatorsteuerung anzu­ geben, die die Übertragung eines kontinuierlichen Steuersig­ nales für einen magnetischen Polarisator über die Koaxial- Antennenableitung durchführt und dabei eine Kompensation der Leitungslänge ermöglicht. Dabei sollen auch handels­ übliche Satellitenempfangssysteme durch einfache zusätzliche Baugruppen umrüstbar sein. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.

Die in der Erfindung verwendeten Schaltungen lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise mittels handelsüblicher Bauelemente realisieren oder liegen bereits innerhalb des jeweiligen Antennensystemes vor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das zusätz­ lich einen automatischen Längenausgleich des Koaxialleiters enthält, und

Fig. 3 zeigt in Diagrammdarstellung den Polarisator-Diffe­ renzstrom und den Verlauf des über den Koaxialleiter geführten Gleichstromes in Abhängigkeit von der übertragenen Gleichspannung.

In Fig. 1 ist schematisch die Schaltung eines ersten Aus­ führungsbeispieles der Erfindung dargestellt, das sich be­ sonders für die Umrüstung bereits vorhandener Antennenan­ lagen eignet, ohne diese selbst zu verändern. In der Regel verfügen derartige Satellitenempfangsantennensysteme über einen Satellitenempfangstuner T, der über eine Koaxial­ leitung K mit der im Außenbereich angebrachten Antennen­ einheit verbunden ist, die aus einer Antennenschüssel A, einem "Low-Noise-Converter", der im folgendem als Kon­ verter C bezeichnet wird, und einem magnetischen Polarisator P besteht. Bei üblichen Systemen erfolgt die Steuerung des Polarisators P durch die Größe eines magnetischen Gleich­ feldes, das mittels einer Spule im Polarisator und eines zugeführten Differenzstromes i1, i2 eingestellt wird.

Für diesen Zweck sind die Satellitentuner T mit einer Steuer­ einrichtung S versehen, die eine steuerbare Stromquelle Q′ für den erforderlichen Differenzstrom i1, i2 enthält. Über eine zweiadrige Leitung als Übertragungseinrichtung wird dann bei den üblichen Systemen der Differenzstrom dem Polarisator P zugeführt.

Die Übertragungseinrichtung Ue kommt ohne die gegebenfalls lange zweiadrige Steuer­ leitung aus, indem das Ausgangssignal der Steuereinrichtung S, also der Differenzstrom i1, i2, mittels einer Umformungs­ schaltung Su in ein Steuersignal st umgesetzt wird, das über die vorhandene Koaxialleitung K übertragen wird. In den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt dies mittels eines Gleichspannungspegels Vs zwischen dem Innen­ leiter und dem auf Massepotential liegenden Außenleiter der Koaxialleitung K.

Bei dieser Übertragungsart ist jedoch zu berück­ sichtigen, das die Stromversorgung des Konverters C üblicher­ weise ebenfalls über die Koaxialleitung erfolgt, indem ein Netzteil N im Tuner T eine zwischen 12V und 20V liegende Gleichspannung an den Koaxial-Innenleiter legt. Der Kon­ verter C bildet daraus über Siebmittel seine Versorgungs­ spannung. Die eigentliche Tunereingangsstufe Te ist durch ihre kapazitive Ankopplung gleichspannungsneutral. Der Gleich­ spannungspegel Vs auf der Koaxialleitung K setzt sich somit additiv aus zwei Anteilen zusammen, nämlich dem konstanten Netzanteil und dem variablen Steueranteil st. Die Überlage­ rung erfolgt in einer Einkoppelschaltung D, die im wesent­ lichen aus einem Spannungsregler besteht, dessen Regelstrecke einen Trennkondensator Ca überbrückt, mit dem der Koaxial- Innenleiter am tunerseitigen Ende für Gleichströme unter­ brochen wird. Da der eine Anschlußpunkt der Regelstrecke auf dem selben Potential wie der Einspeisepunkt des Netzteiles N am Koaxial-Innenleiter liegt, erfolgt mittels der Einkoppel­ schaltung D eine Addition der Netzgleichspannung und der Steuergleichspannung st.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Spannungsregler von einem Signal st′ gesteuert, dessen Wert letzten Endes vom Ausgangssignal der Steuereinrichtung S und damit vom Differenzstrom i1, i2, abhängig ist. In der Um­ formungsschaltung Su wird der Differenzstrom mittels eines Meßwiderstand Rm gemessen und mittels eines ersten und zweiten Differenzverstärkers Dv, Dk daraus das Signal st′ gebildet. Der zweite Differenzverstärker Dk dient der Kompensation unterschiedlich langer Koaxialleitungen K, indem er der in­ ternen Steuerspannung us eine Kompensationsspannung uk aus einem einstellbaren Spannungsteiler überlagert. Mit dieser Überlagerung wird der Spannungsabfall der Koaxialleitung K am polarisatorseitigen Ende kompensiert, weil der Differenz­ stromnullpunkt oder Abgleichpunkt des Polarisatorstromes auf einen festen Bezugspegel Vb, vb eingestellt werden muß.

Unter Umständen ist das ursprüngliche Netzteil N im Tuner nicht mehr ausreichend, um die zusätzlichen Schal­ tungen am tuner- und polarisatorseitigen Ende der Über­ tragungseinrichtung Ue mit Strom und Spannung zu versorgen. Dem kann durch ein Hilfsnetzteil Nh abgeholfen werden, das am Koaxial-Innenleiter zwischen dem ursprünglichen Netzein­ speisepunkt und dem Trennkondensator Ca angeschlossen wird. Durch einen weiteren Trennkondensator Cb im Innenleiter wird der ursprüngliche Einspeisepunkt galvanisch vom neuen Ein­ speisepunkt getrennt, so daß das ursprüngliche Netzteil N allenfalls mit der Tunereingangsstufe Te galvanisch gekop­ pelt bleibt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Hilfs­ netzteil Nh steuerbar ist, weil dann die erforderliche Ein­ koppelschaltung D durch den Steuereingang des Hilfsnetzteiles ersetzt werden kann, wobei der Trennkondensator Ca entfällt. Eine derartige Lösung zeigt beispielsweise das Ausführungs­ beispiel nach Fig. 2.

In Fig. 1 sind die Umformungsschaltung Su, die Schal­ tung für die Kompensationsspannung uk und die Einkoppelstufe D in einer geschlossenen Baueinheit untergebracht, nämlich in der Eingangsstufe E der Übertragungseinrichtung Ue. Ihr ent­ spricht am polarisatorseitigen Ende eine Ausgangsstufe 0, die eine Signalmeßeinrichtung M für das übertragene Steuersig­ nal st und eine steuerbare Stromquelle Q enthält, die über eine kurze Zweidrahtleitung Z von beispielsweise 20 cm den erforderlichen Differenzstrom i1, i2 an den Polarisator P liefert. Ein wesentlicher Vorteil der beiden Baueinheiten E, O liegt darin, daß ihre Verwendung keinerlei Änderungen des vorhandenen Antennensystemes erfordert. Die Ein- und die Aus­ gangsstufe E, O können gleichsam als steck- oder kuppelbare Zwischenverbindungen zwischen die Antennenableitung und den Tuner T bzw. Konverter C eingefügt werden. Dies ist sogar von jedem Nichtfachmann ausführbar. Selbstverständlich kann die Eingangsstufe E oder die Ausgangsstufe O auch in den Tuner T bzw. Konverter C oder Polarisator P mit eingebaut sein. Da­ durch entfallen jeweils die externen Bauein­ heiten und einige Funktionsgruppen, beispielsweise die Strom­ quelle Q′ in der Steuereinrichtung S, weil die Steuerspannung us′ direkt auf den ersten Differenzverstärker Dv geführt werden kann.

In der Ausgangsstufe O von Fig. 1 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel der Signalmeßeinrichtung M dargestellt. Das Steuersignal st wird mittels eines Siebgliedes und eines Spannungsteilers auf den einen Eingang eines Differenzver­ stärkers mit vorgegebener Verstärkung geschaltet, dessen anderer Eingang an einem Bezugspegel vb liegt. Entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen dem Bezugspegel vb und der heruntergeteilten Gleichspannung vs wird die angeschlos­ sene Stromquelle Q angesteuert, die hierzu den proportionalen Differenzstrom i1, i2 liefert.

Aus der festen Größe für den Bezugspegel Vb, vb er­ gibt sich die Notwendigkeit für den Längenausgleich der Koaxialleitung K. Im Abgleichpunkt des Steuersignales st (= Mittenstellung) muß die Gleichspannung Vs, vs am Ort der Ausgangsstufe O gleich groß sein wie der Bezugspegel Vb, vb, andernfalls ist der Differenzstrom i1, i2 nicht mehr im Null­ zustand vergleiche auch Fig. 3. Der Längenausgleich, der auch automatisch wie in Fig. 2 ausgeführt werden kann, be­ wirkt, daß die Gleichspannung Vs am Ort der Ausgangsstufe O im Abgleichzustand - also mit dem Steuersignal st im Abgleich­ punkt (Mittenstellung mit st = OV) - mittels der Kompensations­ einrichtung genau auf den Bezugspegel Vb eingestellt wird. Ein zweckmäßiger Wert ist beispielsweise Vb = 15,5 V, weil dann die Gleichspannung für das Steuersignal st den Bereich von 14,5 V bis 15,5 V zur Verfügung hat. Dieser Spannungsbereich ist auch zum Betrieb der angeschlossenen Schaltungen aus­ reichend.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 zeigt den Fall, daß die Eingangsstufe E in den Tuner T′ und die Ausgangsstufe O (vergl. Fig. 1) in den Konverter C integriert sind. Der besseren Übersicht wegen sind Funktions- und Schaltungsele­ mente der Ausführungsbeispiele von Fig. 2 und Fig. 4, die identisch zu solchen der Fig. 1 sind, mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen, wodurch sich eine nochmalige Erörterung erübrigt. Ein weiterer Unterschied von Fig. 2 zu Fig. 1 ist die automatische Kompensation des Längenausgleiches. Anstatt am polarisatorseitigen Ende der Übertragungseinrichtung Ue die Gleichspannung Vs zu messen und tunerseitig die Kompen­ sationsspannung uk so lange zu verändern, bis die Gleich­ spannung Vs mit dem Bezugspegel Vb übereinstimmt, wird am Tuner T′ lediglich der Verlauf des Gesamtstromes ig bei der Durchstimmung der Steuerspannung us gemessen.

Bei diesem Verfahren wird das relative Minimum des Gesamt­ stromes ig bestimmt, das im Differenzstrom-Nullpunkt deutlich ausgebildet ist und z. B. bei 200 mA liegt, während außerhalb des Aussteuerbereiches der Gesamtstrom auf 280 mA ansteigt, vergl. Fig. 3. Dieser Wert setzt sich zusammen aus 190 mA für den Konverter C, 75 mA für den maximalen Differenz­ strom i1, i2 und 15 mA für die Stromversorgung der Signalmeß­ einrichtung M mit der Stromquelle Q. Die Messung eines der­ artigen Stromminimums kann im Tuner T′ manuell oder mittels einer automatischen Steuereinrichtung durchgeführt werden, wobei ein für andere Steuerzwecke vorhandener Mikroprozessor MP im Tuner T′ mit verwendet wird.

Ein Meßverstärker Mv bestimmt die Spannungsdifferenz über einen Fühlerwiderstand Rf. Der Meßwert wird mittels eines Analog-Digitalumsetzers Ad digitalisiert und zur Min/Maxauswertung in den Mikroprozessor eingegeben. Wenn das relative Stromminimum außerhalb des Mittelwertes der Steuer­ spannung us liegt, dann wird die Kompensationsspannung uk er­ höht und die Steuerspannung us erneut durchgestimmt bis der Abgleichpunkt schließlich erreicht wird. Der Abgleichvorgang kann manuell durch externe Steuerbefehle es erfolgen, die intern die Änderungen der Steuerspannung us und der Kompen­ sationsspannung uk bewirken oder automatisch bei jeder Sender­ umschaltung. Dies kann für den Betrachter unbemerkt erfolgen, da der Abgleichvorgang nur ein langsames Wegdriften aus­ gleichen muß. Bei jedem Netzeinschalten kann dagegen der Längenausgleich auch umfangreicher sein.

In Fig. 2 enthält der Tuner T′ ein gesteuertes Netzteil N, dessen Steuereingang das Ausgangsignal st des Differenzverstärkers Dv zugeführt ist. Der Steuerein­ gang für den konstanten Netzgleichpegel ist nicht darge­ stellt. An den Mikroprozessor MP ist ein Steuerbus SB ange­ schlossen, der entweder den elektronischen Vielfach­ schalter und den kontinuierlichen Spannungseinsteller steuert oder die Spannungen us, uk auf andere Weise er­ zeugt, z. B. durch eine Digital-Analogumsetzung. Das ge­ steuerte Netzteil N bildet auch die Einkoppelschaltung D, da die Netzteil-Ausgangsspannung mittels einer Drossel auf den Koaxial-Innenleiter geführt ist.

In Fig. 3 ist im oberen Diagramm der Differenzstrom i1, i2 in Abhängigkeit vom Gleichspannungspegel Vs dargestellt. Unter- bzw. oberhalb eines unteren bzw. oberen Spannungs­ wertes Vu, Vo ist der Differenzstrom begrenzt, z. B. auf +/-75 mA. Der Nulldurchgang liegt genau im Abgleichpunkt, nämlich beim Bezugspegel Vb. Der Aussteuerbereich muß für alle Polarisatoren ausreichend sein.

Zu unterem Diagramm von Fig. 3 ist der Verlauf des Gesamtstromes ig in Abhängigkeit vom Gleichspannungspegel Vs aufgetragen. Beim Nulldurchgang des Differenzstromes i1, i2 befindet sich das relative Stromminimum beim Bezugs­ pegel Vb, wenn der Längenabgleich richtig durchgeführt ist. Andernfalls liegen Stromminimum und Bezugspegel Vb ausein­ ander.

Claims (7)

1. Polarisatorsteuerung für eine Satellitenempfangsantenne, die einen Polarisator (P) und einen Konverter (C) enthält, mit

• - einer tunerseitigen Steuereinrichtung (S, S′), die im Polarisator (P) einen kontinuierlich einstellbaren Differenzstrom (i1, i2) mittels eines Steuersignals (st) kontrolliert,
• - einer Übertragungseinrichtung (Ue) für das Steuersignal (st) zwischen der Steuereinrichtung (S, S′) und dem Polarisator (P) und
• - einem Netzteil (N) zur Fernversorgung des Konverters (C) über eine als Antennenableitung dienende Koaxialleitung (K),
  gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die Koaxialleitung (K) ist Teil der Übertragungseinrichtung (Ue), die ein unmoduliertes Steuersignal (st) überträgt, das mittels einer Einkoppelschaltung (D) in die Koaxialleitung (K) eingespeist ist,
• - dem unmodulierten Steuersignal (st), das als ein Gleichspannungspegel (Vs) übertragen wird, ist zur Kompensation der Leitungslänge und/oder der Drifteffekte ein zusätzlicher Gleichspannungspegel als Kompensationssignal (uk) überlagert, dessen Wert so eingestellt ist, daß der Abgleichpunkt der Steuereinrichtung (S, S′) dem Nulldurchgang des Differenzstromes (i1, i2) entspricht,
• - das polarisatorseitige Ende der Übertragungseinrichtung (Ue) enthält eine steuerbare Stromquelle (Q), die den Differenzstrom (i1, i2) für den Polarisator (P) liefert und
  der Wert des Differenzstromes (i1, i2) ist mittels einer Signalmeßeinrichtung (M) gesteuert, die das unmodulierte Steuersignal (st) am polarisatorseitigen Ende der Übertragungseinrichtung (Ue) auswertet.

2. Polarisatorsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuereinrichtung (S, S′) und der Einkoppelschaltung (D) eine Umformungsschaltung (Su) eingefügt ist, die das Aus­ gangssignal der Steuereinrichtung (S) in das zu übertragende unmodulierte Steuersignal (st) umsetzt.

3. Polarisatorsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umformungsschaltung (Su) und die Einkoppelschaltung (D) in einer Eingangsstufe (E) der Übertragungseinrichtung (Ue) befinden, die als selbständige Baustufe zwischen dem Tuner (T) und der Koaxialleitung (K) einfügbar ist.

4. Polarisatorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Signalmeßeinrichtung (M) und die steuerbare Stromquelle (Q) in einer Ausgangsstufe (O) der Übertragungseinrichtung (Ue) befinden, die als selbständige Baustufe zwischen dem Konverter (C) und der Koaxialleitung (K) einfügbar ist.

5. Polarisatorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung (uk) mittels einer Fühlerschaltung (Rf, Mv, Ad) und einer Steuereinrichtung (MP) automatisch eingestellt wird, wobei die Fühlerschaltung den jeweiligen Gesamtstrom (ig) mißt und die Steuereinrichtung (MP) die Steuerspannung (us) und die Kompensationsspannung (uk) verändert, bis der Abgleichpunkt eingestellt ist.

6. Polarisatorsteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Mikroprozessor (MP) ist und daß der automatische Abgleich mindestens bei jedem Einschalten des Tuners (T′) erfolgt.

7. Polarisatorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Koaxialleitung (K) das unmodulierte Steuersignal (st) und mindestens ein moduliertes Steuersignal (ms) übertragen werden, um mindestens zwei voneinander unabhängige Steuerinformationen über die Koaxialleitung (K) zu übertragen.