DE60111801T2

DE60111801T2 - Antennenanordnung und Wellenleiter zur Verwendung in einer derartigen Antennenanordung

Info

Publication number: DE60111801T2
Application number: DE60111801T
Authority: DE
Inventors: Takaya Minato-ku Ogawa; Kiyoko Minato-ku Tokunaga; Noriaki Minato-ku Miyano
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: DE60111801D1; EP1168490B1; JP2002009526A; US6486845B2; US20020011958A1; JP4198867B2; EP1168490A2; EP1168490A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne, die fähig ist zum gleichzeitigen Verfolgen bzw. Tracken einer Anzahl von Kommunikationssatelliten.
Momentan reisen ungefähr 200 Kommunikationssatelliten in unteren Erdumlaufbahnen um die Erde umher. Somit ist es möglich, mit mindestens einigen Satelliten auf einem beliebigen Punkt der Erde zu kommunizieren. Satellitenbasierte Kommunikationssysteme beinhalten das IRIDIUM-System und das SKY-BRIDGE-System.
Ehemals sind Parabolantennen und Phased-Array-Antennen weit verbreitet eingesetzt worden.
Ein Beispiel eines Parabolantennensystems ist in 1 und 2 veranschaulicht. Das Parabolantennensystem von 1 beinhaltet einen aufrecht auf der Erde oder dem Boden eines Gebäudes aufgestellten Ständer 101, eine Drehwelle 102, die am oberen Teil des Ständers 101 parallel dazu angebracht ist, so dass sie sich um den Ständer drehen kann, und ein Getriebe 103, das im Eingriff mit dem Getriebe 102g ist und durch einen nicht gezeigten Motor gedreht wird.
Der obere Teil einer Fokussierungseinheit einer elektromagnetischen Welle (hier im nachfolgenden als die Reflektor-Einheit bezeichnet) 120 ist am Oberteil der Welle 102 durch einen Arm 111 angebracht, so dass er sich in Auf- und Ab-Richtung drehen kann. Der untere Teil der Reflektoreinheit 120 ist am Ende einer Stange 112a in einer Zylindereinheit 112 angebracht, die am unteren Teil der Welle 102 befestigt ist. Eine Zuführeinheit 130 ist bei dem Punkt platziert, bei dem die elektromagnetischen Wellen fokussiert sind.
Eine derart konstruierte Parabolantenne ermöglicht ein Steuern des Azimuts der Reflektoreinheit 120 durch Antreiben des Motors, um dadurch zu bewirken, dass die Welle 102 sich um den Ständer 101 durch die Getriebe 103 und 102g dreht. Andererseits kann der Richtwinkel bzw. Elevationswinkel der Reflektoreinheit 120 durch Antreiben der Zylindereinheit 112 gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Parabolantenne ihre Reflektoreinheit 120 auf einen Kommunikationssatelliten ausrichten, um unter guten Bedingungen elektromagnetische Wellen an diesen Satelliten zu übertragen oder von diesem zu empfangen.
Bei diesem konventionellen Parabolantennensystem ist jedoch eine Zuführeinheit 130 mit einer Reflektoreinheit 120 verknüpft. Wenn zwei Satelliten verfolgt werden sollen, ist deshalb die selbe Anzahl von Parabolantennensystem erforderlich.
Zwei Parabolantennensystem müssen so platziert werden, dass sie sich nicht gegenseitig behindern. Wenn zum Beispiel die Reflektoreinheit 120 eine Kreisform hat und im Durchmesser 45 cm misst, dann müssen zwei Reflektoreinheiten in der horizontalen Ebene bei einem Abstand von ungefähr 3 m voneinander getrennt platziert werden, so wie in 2 gezeigt, um eine Reflektoreinheit vom Projizieren ihres Schattens auf die andere abzuhalten.
Solch ein wie in 2 gezeigtes Antennensystem erfordert jedoch einen großen Raum für eine Installation und ist deshalb nicht geeignet für einen alltäglichen Gebrauch.
Ein weiteres Parabolantennensystem nach dem Stand der Technik ist in JP04040002 offenbart.
Wie oben beschrieben erfordert die zum gleichzeitigen Verfolgen zweier Kommunikationssatelliten fähige konventionelle Antennenvorrichtung einen großen Raum für eine Installation. Deshalb besteht ein zunehmender Bedarf an einer Antennenvorrichtung, die fähig ist zum Verfolgen zweier Kommunikationssatelliten, und die kompakt ist und weniger Installationsraum erfordert.
Um solch eine Antennenvorrichtung kompakt zu machen, ist es erforderlich, einen Wellenleiter bzw. Hohlleiter zu biegen bzw. zu krümmen, der zum Zusammenkoppeln eines Sende-Empfangsmoduls und eines Primärstrahlers (Zuführeinheit) verwendet wird.
Da zwei senkrecht polarisierte Wellen von unterschiedlichen Frequenzen zum Übertragen und Empfangen von Signalen verwendet werden, ist es erforderlich, zu verhindern, dass sich die elektrischen Eigenschaften in Wellenleiterbiegungen verschlechtern.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antennenvorrichtung bereitzustellen, die fähig ist zum gleichzeitigen Verfolgen von zwei Kommunikationssatelliten, und die so kompakt ist, dass sie in einem relativ kleinen Raum installiert werden kann.
Zum Erreichen der ersten Aufgabe umfasst eine Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung: einen Festsockel mit einer Standebene und feststehend an einer Installationsstelle; eine Drehbasis, die auf dem Festsockel platziert ist und angepasst ist zum Drehbarsein um eine Z-Rchse senkrecht zu der Standebene; eine Trägerschiene in der Form von einem im wesentlichen halbkreisförmigen Bogen, wobei die Schiene über der Drehbasis platziert ist und angepasst ist zum Drehbarsein um eine Y-Achse senkrecht zu der Z-Achse mit ihrem Mittelpunkt auf der Z-Achse, und wobei die Y-Achse durch den Mittelpunkt der Trägerschiene geht; eine erste und zweite Drehwelle, die zwischen einem Ende der Trägerschiene und ihrem Mittelpunkt bzw. dem anderen Ende der Trägerschiene und ihrem Mittelpunkt bereitgestellt sind zum Bilden einer X-Achse senkrecht zu der Y-Achse und angepasst zum Drehbarsein um die X-Achse unabhängig voneinander; an der ersten Drehwelle bzw. der zweiten Drehwelle befestigte erste und zweite Antennen; einen Z-Achsen-Drehmechanismus zum Ermöglichen für den Festsockel zum Rotieren um die Z-Achse; einen Y-Achsen- Drehmechanismus zum Ermöglichen für die Trägerschiene zum Rotieren um die Y-Achse; einen ersten und zweiten X-Achsen-Antriebsmechanismus zum Rotieren der ersten und zweiten Drehwelle um die X-Achse unabhängig voneinander; und einen auf dem Festsockel platziertes Radom zum Abdecken der Gesamtvorrichtung.
Die derart konstruierte Antennenvorrichtung ermöglicht jeder der ersten und zweiten Antennen, sich unabhängig um jede der drei Achsen zu drehen, was ein Verfolgen von Satelliten einer niedrigen Erdumlaufbahn ermöglicht.
Die Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise all notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung wird besser verstanden werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Veranschaulichung einer konventionellen Parabolantennenvorrichtung ist;
2 ein Diagram ist zum Gebrauch in einer Erklärung der Weise eines Verfolgens von zwei Satelliten einer niedrigen Erdumlaufbahn mit Verwenden der konventionellen Parabolantennenvorrichtung von 1;
3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine perspektivische Rückansicht der Antennenvorrichtung von 3 ist;
5A und 5B eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht der Antennenvorrichtung von 3 sind;
6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht ist des Z-Achsen-Drehmechanismus für die Drehbasis und des Y-Achsen-Drehmechanismus für die Trägerschiene von 3;
7 den Drahtzuführmechanismus für die in der Antennenvorrichtung von 3 verwendete Trägerschiene veranschaulicht;
8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht ist des Kerns des Drahtzuführmechanismus von 7;
9 eine vergrößerte perspektivische Ansicht ist der in 8 gezeigten ersten Parabolantenne und ihres Mechanismus für eine Drehung um die X-Achse;
10 eine Planansicht und eine Querschnittsansicht des in der Antennenvorrichtung von 3 verwendeten Wellenleiters ist;
11 einen Zustand veranschaulicht, wo die ersten und zweiten Parabolantennen der Antennenvorrichtung von 3 zu den zwei Satelliten ausgerichtet sind; und
12 ein Diagram ist zum Gebrauch in einer Erklärung des Koordinatensystems der Antennenvorrichtung von 3 und der Drehsteuerung der Achsen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden beschrieben werden mit Verweis auf 3 bis 12.
3, 4, 5A und 5B sind schematische Veranschaulichungen eines Antennensystems 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Genauer genommen ist 3 eine perspektivische Vorderansicht des Antennensystems 11, 4 eine perspektivische Rückansicht, 5A eine Vorderansicht und 5B eine Seitenansicht.
Wie in 3, 4, 5A und 5B gezeigt ist das Antennensystem 11 mit einem Festsockel 12 bereitgestellt, der im wesentlichen kreisförmig ist und an einer Installationsstelle horizontal feststehend ist. In der Mitte des Festsockels ist eine Drehbasis 13 platziert, die sich um eine erste Drehachse dreht (im nachfolgenden als Z-Achse bezeichnet), sich in die vertikale Richtung erstreckend mit Bezug zu der Oberfläche des Festsockels 12. Eine Trägerschiene 14, gebildet durch Krümmen einer flachen Platte zu einem halbkreisförmigen Bogen mit einem konstanten Krümmungsradius, ist drehbar über der Drehbasis 13 platziert, mit ihrer Drehmitte auf der Z-Achse platziert. Die Drehachse der Trägerschiene ist als eine zweite Drehachse (im nachfolgenden als Y-Achse bezeichnet) senkrecht zu der Z-Achse definiert.
Die Trägerschiene 14 ist mit einer Haltewelle 15 bereitgestellt, die sich von ihrer Mitte zu dem Bogenmittelpunkt erstreckt. Erste und zweite Wellen 16 und 17 sind unabhängig voneinander drehbar gehalten zwischen dem Bogenmittelpunkt und einem Ende der Trägerschiene und zwischen dem Bogenmittelpunkt und dem anderen Ende. Das heißt, die Haltewelle 15 und jede der ersten und zweiten Drehwellen 16 und 17 schneiden sich bei rechten Winkeln bei dem Bogenmittelpunkt der Schiene 14. Die erste und zweite Welle 16 und 17 bilden eine dritte Drehachse (im nachfolgenden als X-Achse bezeichnet) senkrecht zu der Y-Achse.
Parabolantennen 18 und 19 sind jeweils an die erste und zweite Drehwelle 16 oder 17 auf entgegengesetzten Seiten des Bogenmittelpunktes der Trägerschiene 14 befestigt, so dass sie eine Richtfähigkeit haben in der Richtung senkrecht zu den Wellen 16 und 17 (X-Achse). Das heißt, jede der Parabolantennen 18 und 19 kann unabhängig um die X-Achse gedreht werden mit der Drehung einer entsprechenden der Drehwellen 16 und 17.
Die gesamte derart zusammengesetzte Vorrichtung ist mit einem Radom 20 eines ∩-geformten Abschnitts abgedeckt. Der Teil des Radoms über der Y-Achse (die zweite Drehachse) ist in der Form einer Hemisphäre gebildet.
Obwohl die Vorrichtung soweit umrissen worden ist, werden im nachfolgenden Details der Vorrichtung bekanntgegeben werden.
Ein Regulator 21 und ein Prozessor 22 sind auf dem Randteil des Festsockels 12 platziert. Ein Z-Achsen-Antriebsmotor 23 ist in der Nachbarschaft der Drehbasis 13 platziert, die in der Mitte des Festsockels positioniert ist.
6 veranschaulicht, in einer vergrößerten Perspektive, den Z-Achsen-Drehmechanismus der Drehbasis 13 und den Y-Achsen-Drehmechanismus der Trägerschiene 14. In 6 bezeichnet 24 eine an der Z-Achse angebrachte Riemenscheibe, die durch einen Riemen 25 mit der Drehachse des Z-Achsen-Antriebsmotors 23 auf dem Festsockel 12 gekoppelt ist. Somit wird die Drehung des Motors 23 zu der Riemenscheibe übertragen, was der Drehbasis 13 ein Drehen um die Z-Achse ermöglicht. Der Motor wird durch den Prozessor 22 auf eine gesteuerte Weise getrieben.
Eine Basisplatte 26 ist über der Drehbasis 13 platziert. Ein Halteelement 27 von ⋃-förmigem Querschnitt ist über der Basisplatte platziert. Drehbar gehalten bzw. unterstützt durch das Halteelement 27 ist ein Paar von Rollen 28 und 29, die die Trägerschiene 14 von ihrer unteren Oberflächeseite halten, vier Rollen 30, 31, 32 und 33, die die Schiene von ihrer oberen Oberflächenseite halten, vier Rollen 34, 35, 36 und 37, die die Schiene von ihren Seiten hält, eine Groß-Durchmesser-Zuführrolle 38 und ein Paar von Spannrollen 39 und 40. Die Rollen 38, 39 und 40 sind unterhalb der Trägerschiene 14 bereitgestellt und bilden einen Drahtzuführmechanismus. Ein Motor 41 zum Drehen der Zuführrolle 38 ist an der Basisplatte 26 oder dem Halteelement 27 angebracht. Die Länge der Obere-Oberfläche-Halterollen 30, 31, 32 und 33 ist so eingestellt, dass sie nicht in den Weg der Welle 15 und der Drehwellen 16 und 17 kommen werden, wenn die Trägerschiene 14 gedreht wird.
7 ist eine Seitenansicht des Drahtzuführmechanismus, und 8 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Drahtzuführmechanismus. In diesen Figuren bezeichnet 42 einen Draht, dessen beide Enden an die Enden der Trägerschiene 14 fixiert sind, der mehrere Runden in einer Spirale auf der Zuführrolle 38 gewickelt ist, und der durch die Spannrollen 39 und 40 gehalten bzw. unterstützt wird, so dass er in einer Richtung weg von der Trägerschiene 14 gestoßen ist. Das heißt, die Spannrollen können verhindern, dass sich der Draht 42 um die Rollen 28 und 29 verflechtet, und ermöglichen ein gleichmäßiges Wickeln des Drahtes auf die Rolle 38. In diesem Zustand ermöglicht ein Rotieren der Zuführrolle 38 in einer Richtung oder der umgekehrten Richtung mittels des Motors 41 der Trägerschiene 14 ein Herumdrehen der Y-Achse in einer Richtung oder der umgekehrten Richtung. Der Motor ist durch den Prozessor 22 auf eine gesteuerte Weise getrieben.
Beide Enden des Drahtes sind mit elastischen Elementen 421 und 422 verknüpft, so wie Spannfedern, die einen Modulus für Spielzwecke haben. Dadurch kann die Streckung des Drahtes absorbiert werden, und die Bedingung, in der der Draht eng auf die Zuführrolle 38 gewickelt ist, kann aufrecht erhalten werden. Zwei elastische Elemente 421 und 422 sind nicht notwendigerweise erforderlich und auf eines derer kann verzichtet werden.
9 veranschaulicht, in Perspektivansicht, die Struktur der ersten Parabolantenne 18 und des Mechanismus für deren Drehung um die X-Achse. In 3, 4, 5A, 5B, 6 und 7 ist die Parabolantenne so konstruiert, dass ihre Befestigungsplatte 51 an der ersten Drehwelle 16 fixiert ist, und sie ihre eine Seite an der Rückseite des Reflektors 52 angebracht hat, und ihre entgegengesetzte Seite mit einem Aufwärtswandler 53, einem Abwärtswandler 54 und einer Kühleinheit (ein Kühlkörper, ein Lüfter etc.) 55 befestigt ist, und die Horn-Zuführeinheit (Primärstrahler) 56 bei dem Fokus des Reflektors 52 platziert ist. Zum Erhalten einer maximalen Aperturfläche ist der Reflektor in der Form einer Ellipse gebildet mit ihrer Längsachse in der Richtung senkrecht zu der X-Achse. Der Aufwärtswandler 53 und der Abwärtswandler 54 sind an den Regulator angeschlossen mittels eines nicht gezeigten gemischt-adrigen Kabels zur Energieversorgung.
Der Ausgang des Aufwärtswandlers 53 ist an eine Übertragungs-Bandpassfilter-Einheit 57 angeschlossen, und der Eingang des Abwärtswandlers 54 ist an eine Empfangs-Bandpassfilter-Einheit 58 angeschlossen. Diese Filter sind durch eine T-Verbindung 59 gekoppelt, die wiederum mit dem Horn 59 gekoppelt ist mittels des Wellenleiters 60. Die Komponenten 53, 54, 55, 57, 58 und 59 machen ein Sende-Empfangsmodul aus.
Der Wellenleiter ist passend gebogen, so dass die Horn-Zuführeinheit 55 bei dem Fokus des Reflektors 52 positioniert ist. Da der Wellenleiter als eine Stütze der Horn-Zuführeinheit funktioniert, gibt es keinen Bedarf für eine zusätzliche Stütze der Horn-Zuführeinheit. Der Wellenleiter stellt jedoch einen Schatten dar innerhalb der Strahlungsebene, wodurch eine Blockierwirkung gebildet wird. Um dieses zu vermeiden, ist der Wellenleiter einfach obenauf mit einem elektromagnetische Wellen absorbierenden Material beklebt oder beschichtet. Dieses ermöglicht es, unerwünschte Strahlung von dem Wellenleiter 60 zu unterdrücken, und stellt dadurch eine gute Nebenkeulen-Charakteristik sicher.
Zum Herausziehen bzw. Herausführen des Wellenleiters von der Rückseite des Reflektors zu der Vorderseite ist es ratsam, die Herausführstelle auf eine Achse zu setzen, die in einem Winkel relativ zu der Längsachse des Reflektors zu der Mittenseite der Trägerschiene 14 geneigt ist. Dadurch kann die effiziente Nutzung des toten Raums in dem Radom 20 erwirkt werden.
Der Mechanismus zur Drehung um die X-Achse in der wie oben beschriebenen konstruierten Parabolantenne 18 wird unten beschrieben werden. Ein Zahnbogen 61 in der Form einer halbkreisförmigen Scheibe ist an dem Teil der Drehwelle 16 befestigt, der auf der Seite des Haltewelle 15 ist, und ein X-Achsen-Antriebsmotor 62 ist an der Haltewelle 15 angebracht. Ein Zahntriebwerk 63 ist an der Drehwelle des Motors 62 befestigt, so dass es mit dem Zahnbogen 61 in Eingriff steht. Dadurch wird die Drehung des Motors 62 zu der Drehwelle 16 mit reduzierter Geschwindigkeit übertragen, wodurch der an der Drehwelle 16 fixierten Parabolantenne 18 ein Drehen durch ungefähr 180 Grad erlaubt wird. Der Motor 62 ist durch den Prozessor 22 auf eine gesteuerte Weise getrieben.
Die zweite Parabolantenne 19 und ihr Mechanismus für eine Drehung um die X-Achse sind auf genau dieselbe Art konstruiert wie die erste Parabolantenne 18. Das heißt, die zweite Parabolantenne 19 ist gebildet aus einer Befestigungsplatte 64, einem Reflektors 65, einem Aufwärtswandler 66, einem Abwärtswandler 67, einer Kühleinheit 68, einer Horn-Zuführeinheit 69, einer Übertragungs-Bandpassfilter-Einheit 70, einer Empfangs-Bandpassfilter-Einheit 71, einer T-Verbindung 72 und einem Wellenleiter 73. Der Mechanismus zur Drehung um die X-Achse umfasst einen Zahnbogen 74, einen X-Achsen-Antriebsmotor 75 und ein Zahntriebwerk 76. Der Motor 75 ist durch den Prozessor 22 auf eine gesteuerte Weise getrieben. Die Komponenten 66, 67, 68, 70, 71 und 72 machen ein Sende-Empfangsmodul aus.
Die derart konstruierten erste und zweite Parabolantenne 18 und 19 können jede um drei Achsen drehen: um die X-Achse durch Drehwellen 16 und 17, um die Y-Achse durch die Trageschiene 14 und um die Z-Achse durch die Drehbasis 13. Überdies kann jeder der ersten und zweiten Parabolantenne unabhängig gedreht werden. Durch Treiben jedes der Antriebsmotoren auf eine gesteuerte Weise durch den Prozessor 22 kann jede der ersten und zweiten Parabolantenne auf einen jeweiligen der zwei in unterschiedlichen Umlaufbahnen platzierten Satelliten ausgerichtet werden.
Hier werden zirkulär polarisierte Wellen verwendet zur Kommunikation zwischen Parabolantennen 18 und 19 und Kommunikationssatelliten, und jede Antenne ist sowohl für die Übertragung als auch für den Empfang verwendet; somit werden unterschiedliche Frequenzen verwendet zur Übertragung und zum Empfang. In diesem Fall wird bewirkt, dass senkrecht polarisierte Wellen sich in jedem der Wellenleiter 60 und 73 ausbreiten. In der Vorrichtung der Erfindung ist es erforderlich, die Wellenleiter 60 und 73 zu biegen. Durch Passieren unterschiedlich polarisierter Wellen ist ein höherer Mode erzeugt in einer polarisierten Welle senkrecht zu der gebogenen Achse (der TM10-Mode für zirkuläre Wellenleiter und der TM11-Mode für rechteckige Wellenleiter). Besonders bei zirkulären Wellenleitern ist die Orthogonalität vermindert durch Biegen, was ein einfaches Auftreten von Nebensprechen bewirkt.
Die erfinderische Antennenvorrichtung unterdrückt die Erzeugung des höheren Mode durch Verwenden eines rechteckigen Wellenleiters, wie in 10 gezeigt, und angemessenem Bestimmen seiner Dimensionen. Die Prinzipien einer Unterdrückung des höheren Mode werden unten beschrieben werden.
Man nehme zuerst an, dass Wellen, die sich in dem rechteckigen Wellenleiter ausbreiten, λiA und λiB sind, die senkrecht zueinander polarisiert sind (i = 1, 2, ..., n). Zum Lösen des obigen Problems ist die Größe des Wellenleiters bestimmt, um den Grundtyp (TE11) jeder Welle abzuschneiden. Hier ist die Größe des Wellenleiters a in der Breite und b in der Höhe, so wie in 10 gezeigt.
Um einer Welle zu ermöglichen, sich in dem Grundtyp auszubreiten, ist es erforderlich, dass für ihre Wellenlänge λ gilt: λ ≤ 2a. Da λ = c/f (c = Lichtgeschwindigkeit, f = Frequenz), sind die Bedingungen, unter denen sich die polarisierten Wellen A und B ausbreiten können, gegeben durch a ≥ c/2f1 A, b ≥ c/2f1 B (1)wobei f₁ ^A und f₁ ^B die niedrigste Frequenz in den Wellen A bzw. B ist.
Die Breite a und die Höhe b sind bestimmt, um Ausdruck (1) zu erfüllen und Ausdruck (2) unten.
wobei c die Grenzfrequenz des Mode^TM11 ist.
In einem Radarsystem, in dem die Parabolantennenvorrichtung häufig verwendet wird, sind die Sendefrequenz und die Empfangsfrequenz zum Beispiel dieselbe. Unter der Annahme, dass die Betriebsfrequenz f ist, da f = f₁ ^A = f₁ ^B, sollte eine Quadratwellenleiterbiegung gewählt werden, die die Dimension a hat, die die Bedingung erfüllt:
Im Gegensatz dazu wird die erfinderische Erfindung für Kommunikationszwecke verwendet, und somit unterscheiden sich die Sendefrequenz und die Empfangsfrequenz. Das heißt, f₁ ^A ≠ f₁ ^B, a = c/2f₁ ^A und b = c/2f₁ ^B. Deshalb sollte ein rechteckiger Wellenleiter gewählt werden, der die Ausbreitung von senkrecht polarisierten Wellen erlaubt geringer in einer Frequenz als fc^TM11 gegeben durch
Somit kann die erfinderische Antennenvorrichtung, während eines Verwendens von gekrümmten Wellenleitern, das Auftreten des höheren Mode bei Biegungen unterdrücken und elektrische Charakteristika erfüllen durch Verwenden rechtwinkliger Wellenleiter und Bestimmen ihrer Dimensionen zum Übereinstimmen mit polarisierten Sende- und Empfangswellen, die senkrecht zueinander sind.
Der Prozessor ist mit einem externen Host-Computer HOST zum Empfangen von die Orte und Umlaufbahnen von Satelliten betreffende Information verbunden.
Die Satellitenverfolgungsoperation der Antennenvorrichtung 11 wird als nächstes mit Verweis auf 11 und 12 beschrieben werden. 11 veranschaulicht einen Zustand, in dem die erste und zweite Parabolantenne 18 und 19 auf zwei Satelliten ausgerichtet sind. 12 veranschaulicht ein mit der Antennenvorrichtung 11 verknüpftes Koordinatensystem zur Steuerung der Drehung jeder Achse.
Zuerst wird ein Basis-Koordinatensystem O-xyz aufgebaut, in dem die x-Achse in den Norden zeigt, die y-Achse in den Westen und die z-Achse zu dem Zenit mit der fixierten Erde. Zur Installationszeit der Antennenvorrichtung 11 wird die X-, Y- und Z-Achse der Vorrichtung mit der x-, y- bzw. z-Achse des Basis-Koordinatensystems ausgerichtet bzw. in Linie gebracht. Der Ursprung O des Basis-Koordinatensystems ist bei dem Bogenmittelpunkt der Trägerschiene 14 gesetzt. Zwei zu identifizierende Satelliten sind als A und B gekennzeichnet. Selbst wenn die Koordinatensysteme relativ zueinander versetzt sind, kann der Versatz kompensiert werden durch Bestimmen eines Fehlerwinkels zwischen dem Koordinatensystem zur Zeit einer Steuerung einer Ausrichtung der Antennen.
Hier sind der Azimutwinkel θ_AZ und der Elevationswinkel θ_EL der Antenne und die Zuführwinkel θ_FA und θ_FB der zwei Satelliten A und B wie folgt definiert:
Der Azimutwinkel θ_AZ: Die Azimutachse (AZ-Achse) ist ausgerichtet bzw. in Linie gebracht mit der z-Achse der Drehbasis 13, und θ_AZ ist gemessen in Bezug zu der x-Achse (0°). Der Winkel wird als positiv in Gegenuhrzeiger-Richtung bezüglich der z-Achse genommen. Der Azimutwinkel θ_AZ ist so gesetzt, dass –180° ≤ θ_AZ ≤ 180°.
Der Elevationswinkel θ_EL: Der Elevationswinkel θ_EL ist ausgerichtet bzw. in Linie gebracht mit der y-Achse, wenn θ_AZ = 0°. Der Winkel ist zu 0° gesetzt, wenn die Wellen 16 und 17 der Trageschiene 14 parallel zu der Basis 12 sind, und wird als positiv in Uhrzeiger-Richtung bezüglich der EL-Achse genommen. Der Elevationswinkel θ_EL ist so gesetzt, dass 0° ≤ θ_EL ≤ 180°.
Die Zuführwinkel θ_FA und θ_FB: Eine Sphäre eines Einheitsradius mit dem Mittelpunkt bei dem Ursprung O ist vorgestellt. Auf der Ebene, die durch den Mittelpunkt O der imaginären Sphäre und die Punkte FEED A und FEED B einer Projektion der zwei Satelliten A und B auf die imaginäre Sphäre gebildet ist, sind θ_FA und θ_FB wie gezeigt definiert. θ_FA und θ_FB sind so gesetzt, dass 0° ≤ θ_FA < θ_FB ≤ 180°.
In dem somit definierten Koordinatensystem sind die Vektoren a → und b → der zwei Satelliten A und B auf der imaginären Sphäre dargestellt durch a → = (a1, a2, a3) b → = (b₁, b₂, b₃) (5)
Der die Referenzausrichtung der zwei Parabolantennen 18 und 19 darstellende Vektor auf der imaginären Sphäre ist wie folgt dargestellt durch v →: v → = (–a2·b3 + a3·b2 – a3·b1 + a1·b3 – a1·b2 + a2·b1) = (v1, v2, v3) (6)
Der Vektor der EL-Achse, EL, ist dargestellt durch EL → = (v → × z) = (v2, –v1, 0) v → = (v1, v2, v3), z → = (0, 0, 1), EL → = (el1, el2, el3) (7)
Als ein Ergebnis sind der Elevationswinkel θ_EL und der Azimutwinkel θ_AZ dargestellt durch
Andererseits sind cos θ_FA und cos θ_FB dargestellt durch cos θFA = (EL →·a →)/|EL|·|a →| cos θFB = (EL →·b →)/|EL →|·|b →| (9)
Somit werden θ_FA und θ_FB dargestellt durch
Der Prozessor 22 berechnet die zeitvariierenden Winkel θ_FA und θ_FB auf der Basis der Information über die Orte und Umlaufbahnen der Satelliten von dem Host-Computer und steuert dann entsprechend die Antriebsmechanismen für die X-, Y- und Z-Achsen. Die zwei Satelliten können deshalb durch die erste und zweite Parabolantenne 18 und 19 verfolgt werden.
Wie aus dem Vorangegangen ersichtlich ist, kann die erfinderische Antennenvorrichtung zwei Satelliten verfolgen bzw. tracken, die unabhängig voneinander am Himmel sind. Deshalb erleidet keine der Parabolantennen 18 und 19 eine elektrische Blockierung und mechanische Interferenz von der anderen, obwohl sie an der gemeinsamen Achse (X-Achse) befestigt sind und unabhängig getrieben werden.
Das Treiben der Y-Achse ist durchgeführt durch Schieben der Trägerschiene 14 in der Form eines Halbkreises, und dass keine physikalische Achse bereitgestellt ist für die Y-Achse, wodurch die Raumeffizienz zunimmt. In diesem Fall ist die Trägerschiene 14 in der Form eines Halbkreises aber nicht Kreises gebildet, wodurch verhindert wird, das ein Antennenstrahl blockiert wird.
In der Ausführungsform sind die untere, obere und Seitenflächen der Trägerschiene 14 als der Y-Achsen-Antriebsmechanismus gehalten bzw. unterstützt mit Rollen, um eine Belastung und ein Moment in der Richtung der Schwerkraft und anderen Richtungen einzuschränken. Als eine Alternative kann der Y-Achsen-Antriebsmechanismus eine V-förmige Schiene und Rollen verwenden.
Entsprechend der Befestigungsstruktur der erfinderischen Antennenvorrichtung sind die X-, Y- und Z-Achsen in der Nachbarschaft des Schwerpunkts der Vorrichtung errichtet, was ein dramatisches Reduzieren der Motorgröße ermöglicht. Ferner kann die Antennenkontur begrenzt werden, was ein Reduzieren des Durchmesser des Radoms ermöglicht und folglich ein Erhöhen der elektrischen Apertur (der Durchmesser des Reflektors) auf ein Maximum. In diesem Fall kann die elektrische Apertur in dem Radom auf ein Maximum erhöht werden, da jede Parabolantenne einen Mittenzuführ-Ellipsenform-Strahl verwendet.
Hierbei ist die Mittenzuführung minderwertiger im Blockieren der Versatzzuführung aber höherwertiger im Raum für eine Installation. In der erfinderischen Vorrichtung ist ein Wellenleiter als Stütze für eine Horn-Zuführeinheit verwendet, und der Wellenleiter ist mit einem elektromagnetische Wellen absorbierenden Material beklebt oder beschichtet, wodurch die durch ein Blockieren verursachte Verschlechterung von Nebenkeulen-Charakteristika, die das mit der Zentral-Zuführeinheit verknüpfte Problem ist, unterdrückt oder minimiert wird.
Beim Herausziehen bzw. Herausführen von der Rückseite des Reflektors zu der Vorderseite ist der Wellenleiter herausgezogen bzw. herausgeführt zwischen der langen und der kurzen Achse, wodurch weniger Installationsraum erforderlich ist.
Der Wellenleiter ist in rechtwinkliger Form und seine Dimensionen sind konform zu zwei senkrecht polarisierten Wellen gesetzt, was ein Erzeugen des durch ein Biegen verursachten höheren Mode schwierig macht.
Zum Drehen der Trageschiene ohne Drehachse ist ein Drahtantriebsverfahren verwendet, das eine stabile Schiebeoperation realisiert.
Zum X-Achsen-Antreiben der Parabolantennen 18 und 19 sind Zahnbögen in der Form von halbkreisförmigen Scheiben verwendet, was Raum hinter den Reflektoren spart.
Obwohl die Ausführungsform beschrieben worden ist als einen Reflektortyp einer Antenne verwendend, die aus einem Reflektor und einem Primärstrahler gebildet ist, kann ein Array-Typ einer Antenne verwendet werden, in dem ein Anzahl von Antennenelementen in einer Ebene angeordnet ist.
Wie oben beschrieben kann die vorliegende Erfindung eine Antennenvorrichtung bereitstellen, die fähig ist zum gleichzeitigen Verfolgen bzw. Tracken zweier Satelliten, die so kompakt ist, das sie in einem relativ kleinen Raum installiert werden kann.

Claims

Eine Antennenvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Antenne (18, 19); einem Festsockel (12) mit einer Standebene und feststehend an einer Installationsstelle; einer Drehbasis (13), die auf dem Festsockel (12) platziert ist und angepasst ist zum Drehbarsein um eine Z-Achse senkrecht zu der Standebene; gekennzeichnet durch eine Trägerschiene (14) in der Form von einem im wesentlichen halbkreisförmigen Bogen, wobei die Schiene über der Drehbasis (13) platziert ist und angepasst ist zum Drehbarsein um eine Y-Achse senkrecht zu der Z-Achse mit ihrem Mittelpunkt auf der Z-Achse, und wobei die Y-Achse durch den Mittelpunkt der Trägerschiene geht; eine erste und zweite Drehwelle (16, 17), die zwischen einem Ende der Trägerschiene (14) und ihrem Mittelpunkt bzw. dem anderen Ende der Trägerschiene und ihrem Mittelpunkt bereitgestellt sind zum Bilden einer X-Achse senkrecht zu der Y-Achse und angepasst zum Drehbarsein um die X-Achse unabhängig voneinander, und wobei die erste und die zweite Antenne an der ersten Drehwelle bzw. der zweiten Drehwelle befestigt sind; einen Z-Achsen-Drehmechanismus (23–25) zum Ermöglichen für den Festsockel (13) zum Rotieren um die Z-Achse; einen Y-Achsen-Drehmechanismus (27–42) zum Ermöglichen für die Trägerschiene (14) zum Rotieren um die Y-Achse; und einen ersten und zweiten X-Achsen-Antriebsmechanismus (61–63, 74–76) zum Rotieren der ersten und zweiten Drehwelle (16, 17) um die X-Achse unabhängig voneinander.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: ein auf dem Festsockel (12) platziertes Radom (20) zum Abdecken der Gesamtvorrichtung.
Die Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Antenne (18, 19) einen Primärstrahler (56, 69) und einen Reflektor (52, 65) hat und an einer entsprechenden der ersten und zweiten Drehwelle (16, 17) befestigt ist, so dass ihre Richtwirkung senkrecht zu der X-Achse ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Y-Achsen-Antriebsmechanismus (27–42) angepasst ist zum Rotieren der Trägerschiene um die Y-Achse durch Anbringen von Enden eines Kabels (42) an die Enden der Trägerschiene (14) in der Richtung der Länge, Wickeln des Kabels (42) auf einen Zylinder (38), und Rotieren des Zylinders in eine Richtung oder umgekehrte Richtung.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ende des Kabels (42) mit einem elastischen Bauelement (421, 422) mit einem Modul verknüpft ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Reflektoren (52, 65) der ersten und zweiten Antenne (18, 19) in der Form einer Ellipse gebildet ist, deren Längsachse sich in einer Richtung senkrecht zu der X-Achse erstreckt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und zweiten Antenne (18, 19) ein auf der Rückseite des entsprechenden Reflektors (52, 65) befestigtes Sende-Empfangsmodul (53–55, 57–59, 66–68, 70– 72) hat, wobei das Modul und der entsprechende Primärstrahler (56, 69) auf der Vorderseite des Reflektors durch einen Wellenleiter (60, 73) gekoppelt sind und der Primärstrahler durch den Wellenleiter gehalten wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (60, 73) ein rechtwinkeliger Wellenleiter ist, dessen Breite und Höhe gemäß zwei zur Übertragung und zum Empfang verwendeten polarisierten Wellen und deren Frequenzen bestimmt sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle, wo der Wellenleiter (60, 73) von der Rückseite zu der Vorderseite des Reflektors (52, 65) herausgezogen ist, zwischen der langen und kurzen Achse des Reflektors gesetzt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschiene (14) eine Haltewelle hat, die sich von ihrer Mitte zu dem Mittelpunkt erstreckt und die erste und zweite Drehwelle (16, 17) an dem Mittelpunkt hält, und jeder des ersten und zweiten X-Achsen-Drehmechanismus (61– 63, 74–76) einen Zahnbogen (61, 74) in der Form einer halbkreisförmigen Scheibe enthält, der an der Rückseite des Reflektors (52, 65) einer entsprechenden der ersten und zweiten Antenne (18, 19) befestigt ist, und einen Motor (62, 75), der ein Zahntriebwerk (63, 76) hat und an der Haltewelle fest angebracht ist, so dass das Zahntriebwerk mit dem Zahnbogen in Eingriff ist, wobei die Motoren (62, 75) des ersten und zweiten X-Achsen-Drehmechanismus unabhängig angetrieben werden zum Drehen der ersten und zweiten Antenne um die X-Achse.