DE4340825A1

DE4340825A1 - Planare Strahleranordnung für den Direktempfang der TV-Signale des direktstrahlenden Satellitensystems TDF 1/2

Info

Publication number: DE4340825A1
Application number: DE4340825A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Ing Rothe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1995-06-08
Also published as: EP0737371B1; ES2122517T3; FI962308A; PL175450B1; GEP19991669B; PL314798A1; CA2177954C; CN1136864A; WO1995015591A1; TR28051A; CN1051408C; NO962222D0; AU1108495A; HU216219B; ZA949494B; HRP940969A2; DE59406523D1; ATE168824T1; HU9601501D0; CZ285794B6

Description

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, miniaturisierte und planare Strahlersysteme zu konfigurieren mittels derer der Empfang rechtsdrehend zirkular polarisierter elektromagnetischer Felder im Spektralbereich von 11.70 GHz bis 12.50 GHz möglich ist.

Das Ziel besteht weiterhin darin, das planare Strahlersystem unmittelbar mit der Konvertierungskomponente zu koppeln, so daß das Ausgangssignal des Antennensystems im Spektralbereich des TV-Satelliten-ZF-Bandes von 950 MHz bis 1750 MHz zur Verfügung steht.

Das planare Antennensystem soll in diesem Zusammenhang ein Träger-Rausch-Verhältnis erzielen, das den störungsfreien Empfang der TV- und DSR-Signale des direktstrahlenden Satelliten systems TDF 1/2 innerhalb des Versorgungsbereiches Frankreichs gestattet.

Die geometrischen Abmessungen des Planarsystems sollen das Format erreichen, das derzeitig elektronischen Kommunikations mitteln in Handheld- bzw. Handyausführung zuzuordnen ist. Das System soll sowohl für den stationären als auch den portablen/mobilen Empfang satellitenübertragener TV- Signale anwendbar sein und die Positionierungsvoraussetzungen beider Bereiche erfüllen.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung umfaßt vorzugsweise die Satellitenempfangstechnik im DBS-Band, wobei neben der stationären Empfangstechnik schwerpunktmäßig die portable bzw. mobil orientierte Satellitenempfangstechnik erfaßt wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die gegenwärtig bekannten und verfügbaren Antennensysteme für den Empfang der satellitenübertragenen TV- und DSR-Signale innerhalb des DBS-Bandes von 11.70 GHz bis 12.50 GHz basieren auf der elektromagnetischen Anregung von Dipolgruppen, die je weils paarweise um 90 Grad phasenversetzt gespeist werden und damit die Erzeugung eines zirkular polarisierten Strahlungs feldes bewirken. Die Ausführung der Dipolgruppen basiert auf der Konfigurierung von Viertelwellenlängenstrahlern in Micro striptechnik, wobei die Anregung der Dipolgruppen mittels eines Speisenetzwerkes in Triplatetechnik derart erfolgt, daß eine homogene Phasenbelegung über der Strahlerapertur entsteht. Die Kopplung der Strahlerebene mit der entsprechenden Konvertierungskomponente erfolgt über einen Hohlwellenleiter übergang mit kapazitiver Einkopplung des Strahlersummensignals. Die derzeitig minimal erzielte bzw. bekannte geometrische Ausdehnung der Antennenfläche zur Gewährleistung des störungs freien Empfangs der satellitenübertragenen TV- und DSR-Signale des Satellitensystems TV-Sat 2 beträgt 19 cm × 19 cm.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, planare Strahler anordnungen zu konfigurieren, die den Empfang der TV- Signale des Satellitensystems TDF 1/2 im Versorgungsbereich Frankreichs gestatten.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Empfang der satellitenübertragenen Signale auf der Basis extrem miniaturisierter Strahlersysteme mit der Eignung sowohl für den stationären als auch den portablen Bereich zu gewähr leisten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Array von Flächenresonatoren in Microstriptechnik erzeugt wird, wobei die geometrischen Abmessungen der Flächenresonatoren in der Weise gewählt werden, daß die Schwingungsbedingung der Planarresonatoren im Spektralbereich des DBS-Bandes von 11.70 GHz bis 12.50 GHz erfüllt wird. Zur Erzeugung der rechtsdrehenden Zirkularpolarisation werden die Flächenresonatoren mit rechteckiger sowie geradliniger Berandung im Schnittpunkt der Resonatorkanten unter einem Winkel der Wellenleiterachse von 45 Grad, bezogen auf die verlängerten Resonatorkantenlinien, gespeist, wobei aufgrund des Zusammenhangs zwischen Elliptizität der Zirkularpolarisation und dem Resonatorkantenverhältnis das Seitenverhältnis der Resonatorfläche zu optimieren ist. Das gegenständliche Anregungskonzept führt zur Anregung zweier orthogonaler und zueinander um 90 Grad zeitlich versetzter linear schwingender Resonatormoden, wobei über das Vorzeichen der Phasenversetzung der Polarisationssinn bestimmt wird. Die Flächenresonatoren werden mittels eines Kopplungsnetzwerkes in Microstriptechnik phasengleich gespeist, wobei die Impedanz transformation bzw. -anpassung über die Wellenleitergeometrie festgelegt wird. Der gegenseitige geometrische Abstand der Resonatoren wird derartig gewählt, daß die Resonatorelemente gegeneinander entkoppelt sind.

Die Kopplung des Strahlerarrays mit der entsprechenden Konver tierungskomponente erfolgt über einen Zentralspeisepunkt, dessen Positionierung in Abhängigkeit von der geometrischen Konfiguration des Konverters erfolgt.

Erfindungsgemäß erfolgt die elektromagnetische Kopplung zwischen dem Zentralspeisepunkt des Strahlerarrays und der Konverter komponente über eine koaxiale elektromagnetische Wellenleiter blende, wobei hierbei der Strahlerarrayausgang galvanisch sowie unter Einhaltung der Impedanz- und Rauschanpassungs bedingung mit dem Eingang der ersten Transistorstufe des DBS-Band-Konverters gekoppelt wird.

Die Impedanz der Strahlerapertur an der strahlerseitigen Schnittstelle zum Strahlungsraum sowie die Impedanz des freien Strahlungsraumes werden mittels einer dielektrischen und flächenhomogen ausgebildeten Dünnschicht der Eigenschaft, einen minimalen dielektrischen Verlustwinkel aufzuweisen, angepaßt. Die impedanztransformatorische dielektrische Dünnschicht, deren Positionierung in einem Abstand einer halben Freiraumwellen länge bezogen auf die Strahler-Freiraum-Grenzschicht erfolgt, erfüllt gleichzeitig die Funktion des strahlerseitigen Container elementes.

Sowohl Strahlerarray als auch Konverter werden mittels identischer mechanischer Trägerelemente zueinander positioniert und montiert.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anordnung soll an einem Beispiel näher erläutert werden.

Auf der Grundlage des Basismaterials RT/duroid 5880 mit der Trägerstärke von 0.79 mm sowie einer zweiseitig gewalzten Kupfer folie der Schichtdicke von 17.5 µm wird ein Resonatorarray, bestehend aus 4 (Zeilen) × 8 (Spalten) Resonatorelementen recht eckiger Berandung, fotolithografisch strukturiert. Die Seitenver hältnisse der Resonatorelemente werden mit 7.8 mm in der horizon talen Ausdehnung zu 7.3 mm in der vertikalen Ausdehnung bemessen. Der gegenseitige und kantenbezogene geometrische Abstand der Resonatorelemente wird in der horizontalen Ausdehnung auf 13.7 mm sowie in der vertikalen Ausdehnung auf 14.0 mm bestimmt. Das Strukturarray weist eine Gesamtfläche von 170 mm × 90 mm auf. Die Signalauskopplung erfolgt jeweils über ein Impedanz transformationsglied der geometrischen Länge von 5.1 mm sowie der geometrischen Streifenleiterbreite von 200 µm, wobei die Wellenleiterachse unter einem Winkel von 45 Grad, bezogen auf die verlängerten Resonatorkantenlinien, an den Ort des Schnitt punktes der Resonatorkantenlinien geführt wird. Die Speisung der Resonatoren erfolgt über Wellenleiter exakt gleicher elektrischer Länge, bezogen auf den Ort des Zentralspeisepunktes. Die Ankopplung des Strahlerarrays an den Konvertereingang erfolgt am Ort des Zentralspeisepunktes mittels einer koaxialen Wellenleiterblende, wobei zur Erzielung der Impedanz- und Rauschanpassung ein bezüglich des Blendendurchmessers sowie der dielektrischen Blendenfüllung gestuftes Blendensystem konfi guriert wird. Das Blendenprofil entspricht dabei der folgenden Darstellung.

Die Kopplung von Strahlergruppe und Konverter erfolgt über den Innenleiter des Blendensystems zwischen dem Zentralspeisepunkt des Strahlerarrays und der Basis der Eingangstransistorstufe des DBS-Band-Konverters, dessen Eingangsfrequenzbereich inner halb der Bandgrenzen von 11.70 GHz bis 12.50 GHz bzw. dessen Ausgangsfrequenzbereich innerhalb der Bandgrenzen von 0.95 GHz bis 1.75 GHz bemessen ist. Die Impedanzen des Strahlungsraumes sowie der Strahlerapertur werden mittels einer dielektrischen Polystyrolschicht der Schichtdicke von 0.8 mm, deren Positionierung in einer Distanz von 12.5 mm bezüglich der Strahlerebene erfolgt, aneinander angepaßt. Die Montage sowohl des Strahlerarrays als auch des DBS-Band-Konverters erfolgt auf einem gemeinsamen mechanischen Träger. In gleicher Weise wird das gekoppelte System mittels eines gemeinsamen Containers um- bzw. verschlossen, wobei die distanziert eingefügte Poly styrolschicht identisch der Strahlungseintrittsfläche ist. Die Strahlerarraystruktur ist anhand der Bilddarstellung ersichtlich.

Claims

1. Planare Strahleranordnung für den Direktempfang der TV- Signale des direktstrahlenden Satellitensystems TDF 1/2, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Array von Flächenresonatoren in Microstriptechnik erzeugt wird, wobei die Abmessungen der Flächenresonatoren in der Weise gewählt werden, daß die Schwingungsbedingung der Planar resonatoren im Spektralbereich des DBS-Bandes von 11.70 GHz bis 12.50 GHz erfüllt wird;
- die Flächenresonatoren in der Weise elektromagnetisch angeregt werden, daß zwei orthogonale und zueinander um 90 Grad phasen versetzte linear schwingende Moden erzeugt werden, die ein rechtsdrehend zirkular polarisiertes Strahlungsfeld hervorrufen;
- die Flächenresonatoren mittels eines Kopplungsnetzwerkes zu einander phasengleich gespeist werden;
- das Summensignal im Speisepunkt des Resonatorarrays mittels einer elektromagnetischen Blende auf den Eingang der ersten Transistorstufe des DBS-Band-Konverters gekoppelt wird;
- der Strahlerarrayausgang galvanisch und impedanzangepaßt mit dem Eingang der ersten Transistorstufe des DBS-Band- Konverters gekoppelt wird;
- die Impedanz der Strahlerapertur an der strahlerseitigen Schnittstelle zum Strahlungsraum an die Impedanz des Frei raumes mittels einer dielektrischen und verlustarmen Dünnschicht angepaßt wird;
- die impedanztransformatorische dielektrische Dünnschicht gleichzeitig als strahlerseitiges Containerelement verwendet wird.

2. Planare Strahleranordnung für den Direktempfang der TV- Signale des direktstrahlenden Satellitensystems TDF 1/2 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung eines zirkular polarisierten Strahlungsfeldes mittels eines rechteckigen Flächenresonators definierten Seitenverhältnisses, der in einem Schnittpunkt der Resonatorkanten unter einem Winkel der Wellenleiterachse von 45 Grad bezüglich der verlängerten Resonatorkantenlinien gespeist wird, bewirkt wird.

3. Planare Strahleranordnung für den Direktempfang der TV- Signale des direktstrahlenden Satellitensystems TDF 1/2 nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die strahlungsfelderzeugenden Planarresonatoren als auch das Kopplungsnetzwerk mit Zentralspeisung innerhalb einer Ebene in Microstriptechnik strukturiert werden.

4. Planare Strahleranordnung für den Direktempfang der TV- Signale des direktstrahlenden Satellitensystems TDF 1/2 nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Dünnschicht parallel zur Strahlerebene in einem geometrischen Abstand einer halben Freiraumwellenlänge bezüglich der Strahler-Freiraum-Grenzfläche angeordnet wird.