DE60122832T2

DE60122832T2 - Telekommunikationsantenne mit grossem Erdabdekkungsbereich

Info

Publication number: DE60122832T2
Application number: DE60122832T
Authority: DE
Inventors: Gerard Caille; Yann Cailloce
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: CA2351119A1; JP5007005B2; ATE339023T1; DE60122832D1; EP1170823A1; FR2811480B1; US20020005800A1; US6650281B2; FR2811480A1; EP1170823B1; JP2002111361A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Telekommunikationsantenne, die in einem geostationären Satelliten installiert ist und Kommunikation über ein ausgedehntes Gebiet übertragen soll.
Um Kommunikationen über ein ausgedehntes Gebiet, beispielsweise mit den Ausmaßen der USA, zu gewährleisten, setzt man einen geostationären Satelliten ein, der eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne beinhaltet, die jeweils einen Reflektor aufweist, der mit einer Vielzahl von strahlenden Elementen oder Quellen verknüpft ist. Damit man Kommunikationshilfsmittel, insbesondere Frequenzteilbänder verwerten kann, wird das abzudeckende Gebiet in Bereiche eingeteilt und diese Mittel werden den verschiedenen Bereichen zugewiesen, so dass wenn ein Mittel einem Bereich zugewiesen ist, den benachbarten Bereichen andere Mittel zugewiesen werden.
Jeder Bereich, beispielsweise mit einem Durchmesser in der Größenordnung von mehreren hundert Kilometern ist derart ausgedehnt, dass er durch mehrere strahlende Elemente abgedeckt werden muss, damit eine hohe Verstärkung und eine ausreichende Homogenität der Antennenstrahlung in dem Bereich gewährleistet ist.
So hat man in 1 ein Gebiet 10 dargestellt, das durch eine Antenne an Bord eines geostationären Satelliten abgedeckt wird und n Bereiche 12₁ , 12₂ , ..., 12_n . In diesem Beispiel nutzt man 4 Frequenz-Teilbänder f1, f2, f3, f4.
Der Bereich 12_i ist in mehrere Unterbereiche 14₁ , 14₂ , usw., eingeteilt, die jeweils einem strahlenden Element der Antenne entsprechen. 1 zeigt, dass bestimmten strahlenden Elementen, zum Beispiel demjenigen mit der Referenz 14₃ in der Mitte des Bereichs 12_i nur ein Frequenz-Teilband f4 entspricht, während andere, wie beispielsweise diejenigen, die sich an der Peripherie des Bereichs 12_i befinden, mit mehreren Frequenz-Teilbändern verknüpft sind, nämlich denjenigen, die den angrenzenden Bereichen zugewiesen sind.
2 stellt eine Empfangsantenne eines bekannten Typs für ein solches Telekommunikationssystem dar.
Diese Antenne beinhaltet einen Reflektor 20 und eine Vielzahl von strahlenden Elementen 22₁ , ... 22_N , die sich in der Nähe der Fokalebene des Reflektors befinden. Das von jedem strahlenden Element empfangene Signal, beispielsweise das des Elements 22_N , durchläuft zunächst einen Filter 24_N , der die (starke) Sendefrequenz unterdrücken soll, dann einen rauscharmen Verstärker 26_N . Am Ausgang des rauscharmen Verstärkers 26_N wird das Signal mit Hilfe eines Teilers 30_N in mehrere Teile geteilt, eventuell mit Koeffizienten, die von Teil zu Teil verschieden sein können; Zweck dieser Teilung ist es, zu ermöglichen, dass ein strahlendes Element sich an der Bildung mehrerer Strahlen beteiligen kann. Man sieht zum Beispiel, dass ein Ausgang 32₁ des Teilers 30_N einem Bereich 34_p zugewiesen ist, wohingegen ein anderer Ausgang 32_i des Teilers 30_N einem anderen Bereich 34_q zugewiesen ist.
Die Teiler 30₁ , ..., 30_N sowie die Summierer 34_p , ..., 34_q , die die Bereiche wiederherstellen sollen, gehören zu einer Vorrichtung 40 mit der Bezeichnung Strahl- oder Bündelbildnernetz.
In dem in 2 dargestellten Strahlbildnernetz 40 sieht man für jeden Ausgang jedes Teilers 30_i einen Komplex vor, der einen Phasenschieber 42 und einen Dämpfer 44 beinhaltet. Die Phasenschieber 42 und die Dämpfer 44 ermöglichen es, das Strahlungsdiagramm abzuändern, und zwar entweder, um es zu korrigieren, falls der Satellit eine unerwünschte Ortsveränderung erfahren hat oder um den Erdbereichen eine neue Aufteilung zu verleihen.
Außerdem ist jeder rauscharme Verstärker 26_N verknüpft mit einem weiteren rauscharmen Verstärker 26'_N , der mit diesem identisch ist, und dessen Zweck darin besteht, den Verstärker 26_N im Falle eines Ausfalls desselben zu ersetzen. Hierfür werden zwei Umschalter 46_N und 48_N vorgesehen, die den Austausch gestatten. Es ist also erforderlich, (nicht gezeigte) Fernmessungsmittel vorzusehen, um die Störung zu erfassen und (ebenfalls nicht dargestellte) Fernsteuerungsmittel, um den Austausch durchzuführen.
Man stellt fest, dass in einem Antennensystem des Typs wie in 2 dargestellt die Anzahl der rauscharmen Verstärker und die Anzahl der Phasenschieber und Dämpfer groß ist. Eine große Anzahl von Komponenten in einem Satelliten ist auf Grund der Masse ein hinderlicher Nachteil. Außerdem ist die große Anzahl von Phasenschiebern 42 und Dämpfern 44 ungünstig für die Zuverlässigkeit.
Die Erfindung ermöglicht es, die Anzahl der rauscharmen Verstärker und die Anzahl der Phasenschieber und Dämpfer in hohem Maße zu senken.
Die Antenne aus Dokument FR-A-2,750,258 bezieht sich auf ein Strahlen bildendes System, das einen einzigen rekonfigurierbaren Strahl erzeugen soll, der der Optimierung eines einzigen Strahls dient. Das Dokument US-A-4,901,085 beschreibt eine Mehrfachstrahl-Empfangsantenne. Jedoch erlaubt der Stand der Technik es nicht, mit einer Korrektur der Ausrichtung und einer einfacheren Verschiebung der Bereiche am Boden das Problem der generalisierten und flexiblen Rekonfiguration der Strahlen zu lösen.
Eine Empfangsantenne gemäß der Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch 1 definiert.
In einer Matrix des Butler-Typs, die aus Kopplern 3 dB gebildet wird, ist das Signal an jedem Ausgang eine Kombination aus den Signalen an allen Eingängen, aber die von den verschiedenen Eingängen herkommenden Signale haben eine bestimmte Phase, die von Eingang zu Eingang verschieden ist, was es ermöglicht, die Eingangssignale nach dem Durchlaufen der Kehrmatrix vom Butler-Typ nach Verstärkung und Phasenverschiebung und gegebenenfalls Dämpfung vollständig zu rekonstruieren.
Die Anzahl der Ausgänge der ersten Butler-Matrix ist vorzugsweise gleich der Anzahl ihrer Eingänge. Unter diesen Bedingungen ist die Anzahl der rauscharmen Verstärker gleich der Anzahl der strahlenden Elemente, während bei der vorherigen Ausführung wie in 2 dargestellt die Anzahl der rauscharmen Verstärker doppelt so groß ist wie die Anzahl der strahlenden Elemente. Außerdem ist die Anzahl der Phasenschieber ebenfalls gleich der Anzahl der strahlenden Elemente, während mit der früheren Technik diese Anzahl der Phasenschieber und Dämpfer deutlich größer ist, denn das Ausgangssignal eines strahlenden Elements wird geteilt und die Phasenverschiebung und Dämpfung 42, 44 werden jedem Kanal des Strahlen bildenden Netzes zugewiesen.
Um die Strahlen in einer Empfangsantenne gemäß der Erfindung zu korrigieren oder zu modifizieren, ist der Befehl, der auf die Phasenschieber, die mit den rauscharmen Verstärkern in Reihe geschaltet sind, anzuwenden ist, besonders einfach.
Dank der Verwendung von Matrizen des Butler-Typs wird das Signal gleichmäßig an allen Ausgängen gemindert, wenn ein rauscharmer Verstärker ausfällt.
Um die Wirkung des Ausfalls eines Verstärkers auf die Ausgangssignale zu vermindern beinhaltet der rauscharme Verstärker, der mit jedem Ausgang der ersten Matrix vom Butler-Typ verknüpft ist, in einer Ausführungsart eine Vielzahl, beispielsweise ein Paar, Verstärker die mit Hilfe beispielsweise von Kopplern parallel geschaltet sind. Unter diesen Bedingungen zieht die Wirkung des Ausfalls lediglich eines der beiden Verstärker eines Paares eine mindestens zweimal geringere Abschwächung nach sich als bei einem einzigen Verstärker, der mit jedem Ausgang verknüpft ist.
Man kann zeigen, dass bei Verwendung von Butler-Matrizen der Ordnung 8 und eines parallel geschalteten, mit jedem Ausgang verknüpften Verstärkerpaars die Abschwächung –0,56 dB beträgt, und mit Butler-Matrizen der Ordnung 16 – ebenfalls mit einem mit jedem Ausgang der ersten Matrix vom Butler-Typ verknüpften Verstärkerpaar – beträgt die Abschwächung –0,28 dB.
In einer Ausführungsart setzt man eine Vielzahl von verknüpften zweidimensionalen Matrizen ein, beispielsweise auf verschiedenen Ebenen, so dass jedes Signal, das von einem strahlenden Element empfangen wird, auf n × n rauscharme Verstärker verteilt wird, wobei n die Ordnung jeder zweidimensionalen Matrix ist. In einem Beispiel, n = 8, und unter diesen Bedingungen wird jedes Signal, das von einem strahlenden Element empfangen wird, auf 64 rauscharme Verstärker verteilt. In diesem Beispiel bewirkt ein Ausfall eines Verstärkers nur einen Verlust von –0,14 dB, wenn ein einziger Verstärker mit jedem Ausgang verknüpft ist.
Die Erfindung gilt auch für eine Sendeantenne mit einer vergleichbaren Struktur. Diese Sendeantenne gemäß der Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch 14 definiert. In diesem Fall empfangen die Eingänge der ersten Matrix vom Butler-Typ die zu sendenden Signale, während die Ausgänge der zweiten Matrix vom Butler-Typ an die strahlenden Elemente angeschlossen sind. Natürlich sieht man für solche Sendeantennen anstelle der rauscharmen Verstärker Leistungsverstärker vor.
Bei einer Ausführungsart, die sowohl für das Senden als auch für den Empfang gilt, stellen eine der Butler-Matrizen und das Strahlen bildende Netz eine einzige Vorrichtung dar.
Es stimmt, dass es bereits etwas Bekanntes ist, eine Struktur mit zwei Butler-Matrizen für Sendeantennen zu verwenden, um die Sendeleistung auf sämtliche Leistungsverstärker zu verteilen, aber bei diesen bekannten Antennen erfolgte die Korrektur oder Rekonfiguration der Strahlen wie im Zusammenhang mit 2 für die Empfangsantennen beschrieben. So ermöglicht die Erfindung es, für die Sendeantennen die Anzahl der Phasenschieber und eventuell Dämpfer zu verringern, und vereinfacht ebenfalls die Steuerung letzterer. Außerdem verringert die Erfindung wie oben angegeben bei den Empfangsantennen die Anzahl der rauscharmen Verstärker (verglichen mit den bekannten Empfangsantennen).
Jedes Paar Butler-Matrizen entspricht vorzugsweise mehreren Bereichen. Es ist sogar möglich, eine einzige Butler-Matrix für sämtliche Bereiche vorzusehen. Jedoch ist es aus Gründen der einfachen Ausführung besser, mehrere Butler-Matrizen vorzusehen. In diesem Fall können einige der strahlenden Elemente zwei verschiedenen Butler-Matrizen zugewiesen werden. In diesem Fall führt ein Ausfall eines Verstärkers, der mit einer Butler-Matrix von einem Paar solcher Matrizen verknüpft ist, zu einer Abschwächung der Signale für sämtliche Strahlen, die mit der entsprechenden Butler-Matrix verknüpft sind. Wenn hingegen kein Verstärkerausfall für die Butler-Matrix des gleichen Paares eintritt, kommt es dann zu einer Dämpfung für die Unterbereiche, die der ersten Matrix des Paares entsprechen, während es keine Dämpfung für die Unterbereiche der zweiten Matrix des Paares gibt.
Um diesem Nachteil abzuhelfen sieht die Erfindung in einer Ausführungsart vor, die Dämpfer, die mit einer Butler-Matrix verknüpft sind, die mit einer Matrix benachbart ist, bei der mindestens ein Verstärker ausgefallen ist, so zu steuern, dass die Sende- oder Empfangsleistungen homogenisiert werden.
So bezieht sich die Erfindung auf eine Empfangs-(oder Sende-)Antenne für geostationäre Satelliten eines Telekommunikationssystems, das ein in Bereiche eingeteiltes Gebiet abdecken soll, gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14.
Vorzugsweise ist ein Dämpfer in Reihe mit jedem Verstärker und jedem Phasenschieber, so dass es möglich ist, die Verstärkung der Verstärker abzugleichen.
Bei einer Ausführung beinhaltet die Antenne mindestens zwei Matrizen vom Butler-Typ mit Eingängen (oder Ausgängen), die an die strahlenden Elemente angeschlossen sind, wobei mindestens eines der strahlenden Elemente gleichzeitig mit einem Eingang der ersten Matrix und mit einem Eingang der zweiten Matrix des Butler-Typs verbunden ist.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass das mit zwei Matrizen des Butler-Typs verknüpfte strahlende Element an die Eingänge (oder Ausgänge) dieser beiden Matrizen mittels eines Kopplers 3 dB angeschlossen wird, und dass ein analoger Koppler an den entsprechenden Ausgängen (oder Eingängen) der Kehrmatrizen des Butler-Typs vorgesehen wird.
Man kann auch einen Dämpfer mit jedem Verstärker und Phasenschieber in Reihe anordnen, wobei es sich um einen Dämpfer handelt, der bei einem Ausfall eines mit einer Matrix verknüpften Verstärkers die Ausgangssignale der anderen Matrix vom Butler-Typ dämpft, um die Ausgangssignale dieser beiden Matrizen zu homogenisieren.
Gemäß einer Ausführungsart sieht man zwischen jedem Ausgang (Eingang) der ersten Matrix vom Butler-Typ und jedem entsprechenden Eingang (Ausgang) der Kehrmatrix vom Butler-Typ parallel geschaltete Verstärker vor, die beispielsweise durch 90°-Koppler verknüpft sind.
Zwecks Korrektur einer Winkelabweichung und gleichzeitiger Neuausrichtung aller Strahlen, werden vorzugsweise die Phasenschieber gesteuert, um die Steilheit der Phasenfront der Ausgangssignale der ersten Matrix vom Butler-Typ abzuändern.
Die Kehrmatrix vom Butler-Typ und das Strahlen bildende Netz bilden günstigerweise einen einzigen Komplex.
Wenn man einen Dämpfer in Reihe mit jedem Verstärker vorsieht, weist dieser vorzugsweise eine Dynamik unter 3 dB auf.
Die Butler-Matrizen sind beispielsweise von der Ordnung acht oder sechzehn.
Bei einer Ausführung beinhaltet die Antenne eine erste Reihe von ersten Butler-Matrizen, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, und eine zweite Reihe von ersten Butler-Matrizen, die ebenfalls in parallelen Ebenen in einer von der ersten Reihe verschiedenen Richtung, beispielsweise orthogonal, angeordnet sind, so dass die Verschiebung der Bereiche oder Korrekturen von Ausrichtungsfehlern in zwei verschiedene Richtungen möglich sind, und somit in alle Richtungen des von der Antenne abgedeckten Bereichs.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung treten anhand der Beschreibung einiger ihrer Ausführungsarten zutage, wobei diese Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:
die bereits beschriebene 1 ein in Bereiche aufgeteiltes Gebiet zeigt, das von einer Antenne an Bord eines geostationären Satelliten abgedeckt wird,
die ebenfalls bereits beschriebene 2 eine Empfangsantenne gemäß vorherigem Stand der Technik darstellt,
3 und 4 Schemata sind, die Teile von Empfangsantennen gemäß der Erfindung zeigen,
5 ein Schema einer Variante eines Antennenteils gemäß der Erfindung ist,
6 eine Butler-Matrix der Ordnung 64 darstellt,
7 ein Schema einer Butler-Matrix der Ordnung 4 ist,
8 ein Schema einer Butler-Matrix der Ordnung 16 ist, und
9 ein Schema einer Empfangsantenne ist, die andere Anordnungen der Erfindung zeigt.
Die in 3 dargestellte Empfangsantenne beinhaltet wie die in 2 gezeigte Antenne, einen (nicht in 3 gezeigten) Reflektor und eine Vielzahl strahlender Elemente 22₁ , ..., 22_N , die in der Nähe des fokalen Bereichs des Empfängers angeordnet sind.
Im Beispiel aus 3 beinhaltet die Empfangsantenne mehrere Butler-Matrizen 50₁ , ..., 50_j , ..., 50_p . Diese Matrizen sind alle identisch, mit gleicher Anzahl von Eingängen und Ausgängen.
Jeder Eingang empfängt das Signal von einem strahlenden Element. So beinhaltet die Butler-Matrix 50_j acht Eingänge 52₁ bis 52₈ und der Eingang 52₁ empfängt das Signal vom strahlenden Element 22_k+1 während der Eingang 52₈ das Signal vom strahlenden Element 22_k+8 empfängt. Die strahlenden Elemente 22_k+1 bis 22_k+8 sind bei einer Ausführung alle ein und demselben Bereich zugewiesen, das heißt demselben Strahl. Jedoch tragen einige dieser strahlenden Elemente wie weiter oben angegeben auch zur Bildung anderer Strahlen für angrenzende Bereiche bei.
Jeder Ausgang der Butler-Matrix 50_j ist mit einem entsprechenden Eingang einer Butler-Kehrmatrix 54_j über einen Filter oder einen rauscharmen Verstärker verbunden. In 3 hat man nur die rauscharmen Verstärker und die Filter dargestellt, die zum einen dem ersten Ausgang 56_k+1 der Matrix 50_j entsprechen und zum anderen dem letzten Ausgang 56_k+8 dieser Matrix 50_j . So ist der Ausgang 56_k+1 der Matrix 50_j mittels eines Filters 60_k+1 und eines rauscharmen Verstärkers 62_k+1 , die in Reihe angeordnet sind, mit dem Eingang 58_k+1 der Matrix 54_j verbunden. Zweck des Filters 60_k+1 ist die Unterdrückung der Sendesignale. Dieser Filter kann Bestandteil der Matrix 50_j sein, insbesondere wenn diese in der Wellenleitertechnologie ausgeführt ist.
Die Butler-Matrix 54_j hat eine Übertragungsfunktion, die umgekehrt zu derjenigen der Matrix 50_j ist. Sie weist eine Anzahl Eingänge gleich der Anzahl der Ausgänge der Matrix 50_j auf und eine Anzahl Ausgänge gleich der Anzahl der Eingänge der Matrix 50_j .
Die Ausgänge der verschiedenen Butler-Kehrmatrizen 54_j sind mittels eines Strahlen bildenden Netzes 66 mit den Ausgängen von Strahlen 64₁ , ..., 64_S verbunden.
Man weiß, dass eine Butler-Matrix, die, wie wir nachher sehen werden, ausgehend von Kopplern 3 dB gebildet wird, dergestalt ist, dass ein auf einen Eingang angewandtes Signal auf alle Ausgänge verteilt wird, mit Phasen, die von einem Ausgang zum nächsten um 2π/M versetzt sind, wobei M die Anzahl der Ausgänge ist. Da die Matrix 54_j eine umgekehrte Funktion zu Matrix 50_j hat, findet man ein Signal eines bestimmten Eingangs der Matrix 50_j bis auf eine Filterung und eine Verstärkung genau an dem entsprechenden Ausgang der Matrix 54_j wieder.
Jeder Ausgang 56 der Matrix 50_j gibt ein Signal ab, das sämtliche Eingangssignale dieser Matrix darstellt. Unter diesen Bedingungen bewirkt ein Ausfall eines oder mehrerer rauscharmer Verstärker 62 keinen Homogenitätsfehler des rekonstruierten Strahls für den entsprechenden Bereich, aber eine homogene Abnahme der Leistung auf dem gesamten Bereich oder den Bereichen, der/die den strahlenden Elementen 22_k+1 bis 22_k+8 entspricht/entsprechen.
Man kann zeigen, dass im Falle eines Ausfalls eines Verstärkers das Signal an allen Ausgängen der Matrix 54_j um einen Faktor 20log(1 – 1/M) in dB vermindert wird, wobei M die Ordnung der betreffenden Butler-Matrix ist, das heißt in diesem Beispiel acht. Jedoch hat die Abschwächung des Parameters G/T der Antenne einen hälftigen Wert, das heißt 10log(1 – 1/M), denn der Verlust bei den Ladungen der Matrix 54_j ist vernachlässigbar. In der Tat handelt es sich bei dem vorherrschenden Rauschen um dasjenige, das am Ausgang der rauscharmen Verstärker erfasst wird, und da ein Verstärker, der ausfällt, nicht mehr zum Rauschen beiträgt, wird die Gesamtrauschleistung um einen Faktor 1 – 1/M verringert.
Unter diesen Bedingungen bewirkt bei Matrizen der Ordnung acht der Ausfall eines rauscharmen Verstärkers eine Schwächung von G/T gleich –0,56 dB und falls M = 16 beträgt die Schwächung –0,28 dB. Diese Zahlen entsprechen der Annahme, bei der jeder Verstärker von einem Verstärkerpaar gebildet wird, wie später unter 5 beschrieben und wo man unter „Ausfall eines Verstärkers" den Ausfall lediglich eines Verstärkers von einem Paar versteht.
Der Ausfall eines rauscharmen Verstärkers zieht auch eine Abschwächung der Isolierung zwischen den Ausgangssignalen nach sich. Somit: falls vor dem Ausfall die Eingangssignale einwandfrei isoliert sind und folglich die Ausgangssignale auch einwandfrei isoliert sind, ist nach dem Ausfall eines Verstärkers die Isolierung zwischen zwei Ausgängen 20log(M – 1), das heißt 17 dB, falls G = 8, und 23,5 dB, falls G = 16.
Die oben angegebenen Werte sind theoretische Werte, die aus klassischen Berechnungen hervorgegangen sind. Wenn man jedoch geeignete Technologien einsetzt, beispielsweise die Technik der Kompaktverteiler bei Wellenleitern, sind die Verluste und die Fehler gering und die Ergebnisse entsprechen praktisch denen, die von den Berechnungen angegeben werden.
Bei einer Ausführungsart stellen die Kehrmatrizen 54_j und das Strahlen bildende Netz 66 eine einzige Mehrschichtschaltung dar. Diese Ausführung wird möglich gemacht, denn die Kehrmatrizen und das Netz 66 werden vorzugsweise gebildet mit Hilfe von planaren Mehrschichtschaltungen, die die gleiche Technologie verwenden und somit im gleichen Gehäuse angeordnet werden können. Da die Verluste, die durch die Schaltungen bewirkt werden, die sich unterhalb der rauscharmen Verstärker befinden, weniger kritisch sind als oberhalb, kann man Schaltungen des Mikrostreifen- oder Drei-Platten-Typs verwenden, anstatt Wellenleiterschaltungen, da diese Mikrostreifen- oder Drei-Platten-Schaltungen kompakter sind, aber leicht höhere Verluste mit sich bringen als die Wellenleiterschaltungen, was wie oben angegeben kaum hinderlich ist.
4 stellt eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung dar, bei der man den Einsatz von Butler-Matrizen nutzt, um die Steuerung der Korrektur oder Abänderung der Strahlen zu vereinfachen. In dieser Figur wurde die korrekte Richtung der Strahlung 70 bezogen auf die Antenne als Strichpunktlinie dargestellt und die Richtung der Strahlung, die von der Antenne inkorrekt gesehen wird, beispielsweise auf Grund einer Instabilität des Satelliten, als gestrichelte Linie 72.
Die Energie der Strahlung 70 entspricht dem Diagramm 74, das als Volllinie dargestellt wird, und die Energie der Strahlung 72 entspricht dem Diagramm 76, das als gestrichelte Linie dargestellt ist. Man sieht also, dass eine inkorrekte Ausrichtung der Antenne einer Verschiebung der Strahlung auf der Fokalebene entspricht und das strahlende Element, das die meiste Energie aus einer gegebenen Richtung auffangen soll, empfängt diese nur stark abgeschwächt. Somit bewirkt die Verschiebung einen großen Verstärkungsverlust und eine Beeinträchtigung der Isolierung.
Für die Neuausrichtung der Antenne, das heißt für die Korrektur ihrer Ausrichtung wie oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben, besteht die frühere Lösung darin, jedem strahlenden Element einen Phasenschieber 42 und einen Dämpfer 44 zuzuweisen, und die Phasenschieber 42 einzeln zu steuern. Außerdem haben die Dämpfer eine starke Dynamik, denn sie müssen im Stande sein, bestimmte Quellen „auszuschalten" oder „einzuschalten". Diese Bedingung bringt die Notwendigkeit mit sich, dass die rauscharmen Verstärker eine große Verstärkung haben. Außerdem ist es erforderlich, dass die Anzahl der strahlenden Elemente oder Quellen, die einem Bereich zugewiesen sind, größer ist als die Anzahl der Unterbereiche. Wenn beispielsweise sieben strahlende Elemente das Nenndiagramm liefern, ist für die Ermöglichung einer Neuausrichtung mindestens ein Kranz um das aus diesen strahlenden Elementen gebildete Septett herum erforderlich. Es müssen dann also 19 Quellen (anstatt 7) für jeden Zugang zu einem Bereich vorgesehen werden. Falls die Bereiche eine quadratische Masche bilden und wenn man vier aktive Quellen pro Bereich vorsieht, beträgt die Anzahl der Zugänge für einen Bereich 16.
Die Erfindung ermöglicht eine Ausrichtungskorrektur oder eine Verschiebung der Bereiche am Boden, die einfacher geartet ist als die in 2 dargestellte Lösung. Sie nutzt das Vorhandensein der Butler-Matrizen 50_j . Man geht von der Feststellung aus, dass am Ausgang der Matrize 50_j die Phasenfront 80_k+1 bezogen auf die gewünschte Phasenfront 82_k+1 einfach schräg ist. Das Signal jedes Strahls wird nämlich auf alle Ausgänge der entsprechenden Matrix 50_j mit einer gegebenen Phasensteilheit verteilt; die jedem Eingang entsprechenden Steilheiten werden durch einen festgelegten Wert getrennt, der für eine Matrix einer gegebenen Ordnung konstant ist. Unter diesen Bedingungen genügt es, die Steilheit dadurch zu berichtigen, dass ein Phasenschieber verknüpft mit jedem Ausgang der Matrix 50_j vorgesehen wird, um die Neuausrichtung, das heißt die gewünschte Korrektur durchzuführen.
In 4 hat man durch die Geraden 80_k+1 und 82_k+1 die Verteilung der Phasen an den Ausgängen 56_k+1 bis 56_k+8 für die vom strahlenden Element 22_k+1 herkommenden Signale dargestellt. Die Geraden 80_k+3 und 82_k+3 entsprechen den Phasenverteilungen an den Ausgängen für das Signal, das vom strahlenden Element 22_k+3 herkommt, während die Geraden 80_k+7 und 82_k+7 den Phasen an allen Ausgängen für die Signale entsprechen, die vom strahlenden Element 22_k+7 geliefert werden. Auf diesen Diagrammen stellt der Abstand zwischen dem Ausgang 56_k+1 und der Schnittlinie P_k+1 der Geraden 82_k+1 mit der Geraden D_k+1 im Zusammenhang mit dem Ausgang 56_k+1 in der Regel die Phase für diesen Ausgang des Signals dar, das vom strahlenden Element 22_k+1 herkommt. Ebenso liefern die Schnittlinien dieser Geraden 82_k+1 mit den entsprechenden Geraden D_k+2, usw. die Phasen der Signale an den anderen Ausgängen, stets für das dem strahlenden Element 22_k+1 entsprechende Signal.
So muss zum Beispiel für den Ausgang 56_k+1 zwecks Korrektur der Phasenfront des von einem strahlenden Element 22_i herkommenden Signals von 80 auf 82 eine Phasenkorrektur δ_k+1, δ_k+2, ..., δ_k+8 angewandt werden. Aber man stellt fest, dass die Werte von δ_k+1, δ_k+3, δ_k+3, usw. die gleichen sind. Es genügt also ein einfacher Phasenschieber 84_k+1 , usw., um diesen gemeinsamen Wert δ_k+1, δ_k+2, usw. zu korrigieren.
Es muss festgestellt werden, dass die Korrektur, die durch die Butler-Matrix 50_j erfolgt, nur in einer Ebene, nämlich der der Figur erfolgt. Um eine reale Korrektur durchzuführen, müssen Butler-Matrizen in einer anderen Ebene, beispielsweise senkrecht, vorgesehen werden, wie in der später beschriebenen 6 dargestellt.
Im Beispiel sieht man einen solchen Phasenschieber 84 unterhalb des rauscharmen Verstärkers 52 vor. So ist der Phasenschieber 84_k+1 in 4 mit dem Ausgang des Verstärkers 62_k+1 mittels eines Dämpfers 86_k+1 verbunden und der Ausgang des Phasenschiebers 84_k+1 ist mit dem entsprechenden Eingang der Kehrmatrix 54_j verbunden.
Bei dieser Ausführungsart ermöglichen die steuerbaren Dämpfer 86 einen Abgleich der Verstärkung der Verstärker 62. Sie ermöglichen ebenfalls eine Kompensierung im Fall des Ausfalls von einem rauscharmen Verstärker (oder mehreren rauscharmen Verstärkern), der/die an eine Matrix angeschlossen ist/sind, die an die Matrix 50_j gekoppelt ist, wie wir später sehen werden.
In diesem Beispiel sieht man in den Butler-Matrizen 50_j Hochpassfilter vor, um zu verhindern, dass die Sendefrequenzen die Empfangsfrequenzen stören. Es handelt sich beispielsweise um Wellenleiter, deren Grenzfrequenz zwischen dem Empfangsband und dem Sendeband liegt.
Bei diesem Beispiel kann man auch wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben vorsehen, dass die Butler-Kehrmatrizen 54_j in das Strahlen bildende Netz 66 integriert werden.
Bei der in 5 dargestellten Variante sind die rauscharmen Verstärker 62 mit Hilfe von 90°-Kopplern paarweise verknüpft. Genauer gesagt ist der Verstärker 62_k+1 mit dem Verstärker 62_k+2 verbunden, so dass ein 90°-Koppler 88 die Eingänge der Verstärker verbindet und ein 90°-Koppler die Ausgänge dieser Verstärker untereinander verbindet. So erhält man beim Ausfall eines Verstärkers mit einer Butler-Matrix der Ordnung 8 einen Verlust von 0,28 dB, was bei Nichtvorliegen der Anordnung, die in 5 dargestellt wird, dem Verlust entspricht, wenn die Butler-Matrizen von der Ordnung 16 sind. In der Tat verringert die Anordnung, die darin besteht jeden Verstärker verknüpft mit einem Ausgang einer Butler-Matrix mit Hilfe eines Verstärkerpaares herzustellen, den Leistungsverlust im Falle des Ausfalls eines einzigen Verstärkers des Paares um die Hälfte, denn der andere Verstärker dieses Paares ist noch in Betrieb. Mit anderen Worten, diese Anordnung hat die gleiche Wirkung wie die Verdoppelung der Ordnung der Butler-Matrizen.
Ganz allgemein und ebenfalls mit dem Zweck die Auswirkung des Ausfalls eines Verstärkers zu verringern, kann man mit jedem Ausgang eine Vielzahl von parallel geschalteten Verstärkern verknüpfen. In diesem Fall ist die Anzahl der mit jedem Ausgang verknüpften Verstärker eine Potenz von 2, um die Teilung und anschließende Rekombination zu erleichtern.
Obschon man in den bisher beschriebenen Beispielen mehrere Matrizen 50_j vorgesehen hat, ist es möglich, eine einzige Butler-Matrix der Ordnung M vorzusehen, wobei M die Anzahl der strahlenden Elemente ist. Jedoch hindern die Platzbeschränkungen an Bord eines Satelliten daran, eine solche Butler-Matrix in einer einzigen Ebene auszuführen, sobald die Anzahl der strahlenden Elemente groß wird. In diesem Fall ist es erforderlich, eine Butler-Matrix vom zweidimensionalen Typ zu verwenden, wie in 6 dargestellt. Diese letztgenannte zeigt eine Matrix der Ordnung 64, hergestellt mit einer ersten Schicht aus 8 Butler-Matrizen 90₁ bis 90₈ und eine zweite Schicht Butler-Matrizen 92₁ bis 92₈ , die senkrecht zu den Matrizen 90 angeordnet sind.
Eine solche zweidimensionale Matrix ist komplex aufgebaut; sie kann auch Verluste aufweisen, die für die Rauschtemperatur der Antenne nachteilig sind. Aber sie ermöglicht die gleichzeitige Neuausrichtung in zwei orthogonalen Ebenen und sie verringert die Auswirkung eines Ausfalls, indem sie eine größere Anzahl von rauscharmen Verstärkern untereinander koppelt.
Damit man eine Korrektur in zwei verschiedenen Ebenen durchführen kann, ist es ganz allgemein nicht unabdingbar, dass die Matrizen 90 und 92 entsprechend zwei senkrechten Ebenen sind. Es reicht aus, dass sie entsprechend zwei Ebenen mit unterschiedlicher Richtung und ausreichendem Abstand voneinander sind. In einem Beispiel sind die Richtungen um 60° entfernt, um den Anschluss an ein Netz zu erleichtern, dessen Mitten der angrenzenden Quellen gleichseitige Dreiecke bilden.
Die Butler-Matrizen der Ordnung 8 und der Ordnung 16 werden ausgehend von Butler-Matrizen der Ordnung 4 hergestellt.
Eine Butler-Matrix der Ordnung 4 wird in 7 dargestellt. Sie beinhaltet sechs Koppler 3 dB mit zwei Eingangskopplern 94, 96, zwei Ausgangskopplern 100, 104 und zwei Zwischenkopplern 98 und 100. In einer (nicht gezeigten) Variante sieht man anstelle der Zwischenkoppler 98 und 100 Kreuzungen vor; jedoch sind diese Kreuzungen in der Wellenleitertechnologie schwer zu bewerkstelligen.
Wir erinnern daran, dass ein Koppler 3 dB, zum Beispiel der Eingangskoppler 104, zwei Eingänge 104₁ und 104₂ und zwei Ausgänge 104₃ und 104₄ beinhaltet und dergestalt ist, dass ein auf einen Ausgang angewandtes Signal, beispielsweise auf denjenigen mit der Referenz 104₁ , seine Leistung auf zwei Ausgänge 104₃ , 104₄ verteilt sieht, mit einer Phasenverschiebung um π/2 zwischen den beiden Ausgangssignalen. So wird wie in 7 angegeben das Signal S am Eingang 104₁ zum Signal √2 am Ausgang 104₃ und zum Signal –j√2 an Ausgang 104₄ . Einem Signal S', das auf den Eingang 104₂ angewandt wird, entspricht ein Signal √2 am Ausgang 104₄ und –j√2 am Ausgang 104₃ .
Das Signal am Eingang 104₁ findet sich an den vier Ausgängen der Butler-Matrix der Ordnung 4 wieder, nämlich den Ausgängen 94₃ , 94₄ und 96₃ , 96₄ der Koppler 94 beziehungsweise 96. Am Ausgang 94₃ erhält man das Signal
am Ausgang 94₄ das Signal
am Ausgang 96₃ das Signal
und am Ausgang 96₄ das Signal
Die konstante Phase φ wird durch einen Phasenschieber 105 zwischen den Kopplern 98 und 100 eingeführt. Dieser Phasenschieber ist so geregelt, dass er die Differenzen zwischen Leiterlängen auf den zentralen Kanälen und den Endkanälen kompensiert; so liefert die Matrix den Phasen der Signale an den Ausgängen eine gleichmäßige Steilheit.
Man stellt fest, dass mit einer Butler-Matrix der Ordnung 4 die Phasen der Ausgangssignale sich per 90°-Inkrement verändern. Bei einer Butler-Matrix der Ordnung 8 beträgt das Inkrement 45°.
Um eine solche Butler-Matrix der Ordnung acht, 120 oder 130 (8) herzustellen, setzt man zwei Matrizen der Ordnung vier ein, 122 beziehungsweise 124, und die Ausgänge dieser beiden Matrizen der Ordnung 4 werden mit Hilfe von vier Kopplern 3 dB kombiniert: 126₁ , 126₂ , 126₃ , 126₄ .
Für die Herstellung einer Butler-Matrix der Ordnung 16 (8) verwendet man zwei Matrizen 120 und 130 der Ordnung 8, und die Ausgänge der Matrizen 120 und 130 werden mit Hilfe von acht Kopplern 3 dB kombiniert: 132₁ bis 132₈ .
Festzuhalten ist, dass die Linienkreuzungen der Matrix der Ordnung 16, die in 8 dargestellt sind, in einer an sich bekannten Art und Weise durch „tête-bêches"-Koppler [tête-bêches = /wörtlich/:Spaten-Kopf] analog den Kopplern 98 und 100 der Matrix der Ordnung 4, die in 7 dargestellt ist, ersetzt werden können.
Die Butler-Matrizen 50 sind bei dem Beispiel in „kompakter Verteiler in Wellenleiter"-Technologie ausgeführt. In diesem Fall ist es möglich, in diese Matrizen eine Filterung zu integrieren, die verhindert, dass die rauscharmen Verstärker durch Störsignale außerhalb des Bandes delinearisiert werden. Es handelt sich insbesondere um die Filterung, die es gestattet, die Sendefrequenzen auszusondern, die auf Grund der sehr großen Sendeleistung notwendigerweise in die in der Nähe angeordneten Empfangsantennen rückgeführt werden.
Es ist besser, jede Butler-Matrix 50_j so auszuführen, dass sie einem oder mehreren Bereichen entspricht und so, dass die anderen Matrizen nicht für den (oder die) mit der Butler-Matrix 50_j verbundenen Bereich(e) beteiligt werden. Aber es ist nicht immer möglich, dieser Bedingung zu genügen, denn jede Quelle trägt im Allgemeinen zur Bildung mehrerer benachbarter Bereiche bei. Unter diesen Bedingungen wird eine Quelle 22_q (9), die mit zwei benachbarten Matrizen 50₁ , 50₂ verknüpft werden muss, mit den Eingängen 140₁ beziehungsweise 140₂ der Matrizen 50₁ und 50₂ mit Hilfe eines Kopplers 3 dB 142 verbunden. Ein identischer Koppler 144 gestattet es, die entsprechenden Ausgänge der Kehrmatrizen 50'₁ und 50'₂ zu rekombinieren.
Die Koppler 142, 144 ermöglichen es außerdem, die Abschwächung des Signals, das von einer von zwei Matrizen gemeinsam benutzten Quelle stammt, im Falle eines Ausfalls eines rauscharmen Verstärkers, der mit den Matrizen 50₁ , 50'₁ oder den Matrizen 50₂ , 50'₂ verknüpft ist, zu begrenzen. In der Tat wird das von einer solchen Quelle empfangene Signal in gleichen Teilen auf zwei Matrizen verteilt. So ist lediglich der von einem Ausfall betroffene Teil beteiligt.
Obwohl es diese Koppler ermöglichen, das durch einen Ausfall in einer Matrix hervorgerufene Ungleichgewicht (um die Hälfte) zu reduzieren, ist das Ungleichgewicht, das im Fall eines Ausfalls weiter besteht, im Allgemeinen nicht annehmbar. Deshalb werden anstelle der Koppler 142, 144 oder in Ergänzung zu diesen im Falle des Ausfalls eines rauscharmen Verstärkers, der mit einer der Matrizen verknüpft ist, beispielsweise der mit der Referenz 50₁ , die Ausgangssignale der andere Matrix 50₂ um eine Menge gedämpft, die es erlaubt, die Ausgangssignale der Matrizen 50₁ und 50₂ auszugleichen. Diese Dämpfungssteuerung erfolgt mit Hilfe der Dämpfer 86, die in 4 dargestellt sind. Diese Dämpfung muss bei den Eingängen oder Ausgängen, welche keinen Koppler 3 dB benutzen, 20log(1 – 1/M) betragen und bei den Ausgängen, die mit Kopplern 3 dB 144 verbunden sind, 10log(1 – 1/M).
Die Dämpfung erfolgt automatisch nach Erfassung einer Störung. Die Störungserfassung an jedem rauscharmen Verstärker wird beispielsweise durch Überwachung seines Speisestroms oder mit Hilfe eines Diodensensors, der unterhalb von jedem rauscharmen Verstärker angeordnet ist, durchgeführt.
Festzuhalten ist, dass die Dämpfer 86 (4) in dem Beispiel eine geringe Dynamik unter 3 dB haben. In der Tat wird ihre Dynamik hauptsächlich bestimmt durch deren Verstärkungsabgleichsfunktion der verschiedenen rauscharmen Verstärker an der Antennenanlage. Für diesen Abgleich beträgt die Dynamik höchstens 2,5 dB. Außerdem beträgt die einzubringende Kompensation für das Wiederausgleichen der Ausgänge einer Matrix, wenn die angrenzende Matrix einen Verstärker beinhaltet, der ausfällt, 0,28 dB.
Obwohl hier nur eine Empfangsantenne beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung auch für eine Sendeantenne gilt, deren Struktur analog, aber in umgekehrter Richtung ist, wobei Leistungsverstärker anstelle der rauscharmen Verstärker eingesetzt werden.

Claims

Mehrfachstrahl-Empfangsantenne für geostationären Satelliten eines Telekommunikationssystems, das ein in Bereiche eingeteiltes Gebiet abdecken soll, wobei die n Strahlen, die jeweils für einen Bereich bestimmt sind, auf der Grundlage von mehreren strahlenden Elementen definiert werden, die in einem Komplex aus N strahlenden Elementen (22₁ , ..., 22_N ) oder Quellen enthalten sind, die in der Nähe der Fokalebene eines Reflektors angeordnet sind, wobei die Antenne eine Vielzahl von ersten Matrizen (50_j ) des Butler-Typs beinhaltet, von denen jeweils jeder Eingang mit einem strahlenden Element (22_k+1 , ..., 22_k+8 ) verbunden ist und von denen jeder Ausgang (56_k+1 , ..., 56_k+8 ) mittels eines Verstärkers (62_k+1 ) mit einem entsprechenden Eingang einer Kehrmatrix (54_j ) des Butler-Typs verbunden ist, wobei die Ausgänge der Kehrmatrizen des Butler-Typs mit einem Strahlen bildenden Netz verknüpft sind, wobei jede erste Matrix und jede entsprechende Kehrmatrix des Butler-Typs es gestattet, die von jedem strahlenden Element empfangene Energie auf die Gesamtheit der Verstärker zu verteilen, damit ein Ausfall eines Verstärkers eine gleichmäßig auf alle Ausgangssignale verteilte Wirkung hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Mittel (84, 84_k+1 , 84_k+3 ) beinhaltet, um die Bereichsanordnungen zwecks Korrektur eines Ausrichtungsfehlers der Antenne abzuändern, einen Phasenschieber (84_k+1 ) der jeweils mit jedem der Verstärker (62_k+1 ) verbunden ist, wobei diese Mittel zur Abänderung der Bereichsanordnungen diese Phasenschieber enthalten, und dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur einer Winkelabweichung und gleichzeitiger Neuausrichtung aller Strahlen die Phasenschieber gesteuert werden, um die Steilheit der Phasenfront (80) der Ausgangssignale der ersten Matrix des Butler-Typs (50_j ) abzuändern.
Antenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Matrix des Butler-Typs eine Anzahl Eingänge gleich ihrer Anzahl der Ausgänge aufweist.
Antenne gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfer (86_k+1 ) mit jedem Verstärker und jedem Phasenschieber in Reihe geschaltet ist, so dass es möglich wird, die Verstärkungen der Verstärker abzugleichen.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Matrizen des Butler-Typs (M₁, M₂) beinhaltet mit Eingängen, die an die strahlenden Elemente angeschlossen sind, wobei mindestens eines (22_q ) der strahlenden Elemente gleichzeitig an einen Eingang der ersten Matrix (M₁) angeschlossen ist und an einen Eingang der zweiten Matrix (M₂) des Butler-Typs.
Antenne gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mit zwei Matrizen des Butler-Typs verknüpfte strahlende Element an die Eingänge dieser beiden Matrizen mittels eines Kopplers 3 dB (14₂ ) angeschlossen ist und dadurch gekennzeichnet, dass ein analoger Koppler (144) an den entsprechenden Ausgängen der Kehrmatrizen des Butler-Typs vorgesehen ist.
Antenne gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Reihe mit jedem Verstärker und Phasenschieber einen Dämpfer (86_k+1 ) beinhaltet, der im Falle des Ausfalls eines mit einer Matrix verknüpften Verstärkers die Ausgangssignale der anderen Matrix des Butler-Typs dämpft, um die Ausgangssignale dieser beiden Matrizen zu homogenisieren.
Antenne gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Ausgang der ersten Matrix des Butler-Typs und jedem entsprechenden Eingang der Kehrmatrix des Butler-Typs parallel geschaltete Verstärker (62_k+1 , 62'_k+1 ) vorgesehen werden, die zum Beispiel durch 90°-Koppler (88, 90) verknüpft werden.
Antenne gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, da sie für den Empfang bestimmt ist, die erste Matrix des Butler-Typs Filterungsmittel enthält, um die Sendefrequenzbänder zu unterdrücken.
Antenne gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehrmatrix des Butler-Typs und das Strahlen bildende Netz einen einzigen Komplex bilden.
Antenne gemäß Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer in Reihe mit jedem Verstärker eine Dynamik unter 3 dB aufweist.
Antenne gemäß einem beliebigen vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Reihe einer Vielzahl von ersten Butler-Matrizen beinhaltet, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, und eine zweite Reihe einer Vielzahl von ersten Butler-Matrizen, die ebenfalls in parallelen Ebenen in einer Richtung angeordnet sind, die von der Richtung der ersten Reihe verschieden ist, so dass die Verschiebung der Bereiche oder Korrekturen von Ausrichtungsfehlern in zwei verschiedenen Richtungen möglich sind, und somit in allen Richtungen des von der Antenne abgedeckten Bereichs.
Antenne gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungen der beiden Reihen erster Butler-Matrizen orthogonal sind.
Antenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Butler-Matrizen von der Ordnung acht oder sechzehn sind.
Mehrfachstrahl-Sendeantenne für geostationären Satelliten eines Telekommunikationssystems, das ein in Bereiche eingeteiltes Gebiet abdecken soll, wobei die n Strahlen, die jeweils für einen Bereich bestimmt sind, auf der Grundlage von mehreren strahlenden Elementen definiert werden, die in einem Komplex aus N strahlenden Elementen (22₁ , ..., 22_N ) oder Quellen enthalten sind, die in der Nähe der Fokalebene eines Reflektors angeordnet sind, wobei die Antenne eine Vielzahl von ersten Matrizen (50_j ) des Butler-Typs beinhaltet, von denen jeweils jeder Eingang mit einem strahlenden Element (22_k+1 , ..., 22_k+8 ) verbunden ist und von denen jeder Ausgang (56_k+1 , ..., 56_k+8 ) mittels eines Verstärkers (62_k+1 ) mit einem entsprechenden Eingang einer Kehrmatrix (54_j ) des Butler-Typs verbunden ist, wobei die Eingänge der Kehrmatrizen des Butler-Typs mit einem Strahlen bildenden Netz verknüpft sind, wobei jede erste Matrix und jede entsprechende Kehrmatrix des Butler-Typs es gestattet, die von jedem strahlenden Element empfangene Energie auf die Gesamtheit der Verstärker zu verteilen, damit ein Ausfall eines Verstärkers eine gleichmäßig auf alle Ausgangssignale verteilte Wirkung hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne Mittel (84, 84_k+1 , 84_k+3 ) beinhaltet, um die Bereichsanordnungen zwecks Korrektur eines Ausrichtungsfehlers der Antenne abzuändern, einen Phasenschieber (84_k+1 ), der jeweils mit jedem der Verstärker (62_k+1 ) verbunden ist, wobei diese Mittel zur Abänderung der Bereichsanordnungen diese Phasenschieber enthalten, und dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur einer Winkelabweichung und gleichzeitiger Neuausrichtung aller Strahlen die Phasenschieber gesteuert werden, um die Steilheit der Phasenfront (80) der Eingangssignale der ersten Matrix des Butler-Typs (50_j ) abzuändern.
Antenne gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Matrix des Butler-Typs eine Anzahl Eingänge gleich ihrer Anzahl der Ausgänge aufweist.
Antenne gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfer (86_k+1 ) mit jedem Verstärker und jedem Phasenschieber in Reihe geschaltet ist, so dass es möglich wird, die Verstärkungen der Verstärker abzugleichen.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Matrizen des Butler-Typs (M₁, M₂) beinhaltet mit Eingängen (oder Ausgängen), die an die strahlenden Elemente angeschlossen sind, wobei mindestens eines (22_q ) der strahlenden Elemente gleichzeitig an einen Eingang der ersten Matrix (M₁) angeschlossen ist und an einen Eingang der zweiten Matrix (M₂) des Butler-Typs.
Antenne gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mit zwei Matrizen des Butler-Typs verknüpfte strahlende Element an die Ausgänge dieser beiden Matrizen mittels eines Kopplers 3 dB (14₂ ) angeschlossen ist und dadurch gekennzeichnet, dass ein analoger Koppler (144) an den entsprechenden Eingängen der Kehrmatrizen des Butler-Typs vorgesehen ist.
Antenne gemäß Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Reihe mit jedem Verstärker und Phasenschieber einen Dämpfer (86_k+1 ) beinhaltet, der im Falle des Ausfalls eines mit einer Matrix verknüpften Verstärkers die Ausgangssignale der anderen Matrix des Butler-Typs dämpft, um die Ausgangssignale dieser beiden Matrizen zu homogenisieren.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Eingang der ersten Matrix des Butler-Typs und jedem entsprechenden Ausgang der Kehrmatrix des Butler-Typs parallel geschaltete Verstärker (62_k+1 , 62'_k+1 ) vorgesehen werden, die zum Beispiel durch 90°-Koppler (88, 90) verknüpft werden.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehrmatrix des Butler-Typs und das Strahlen bildende Netz einen einzigen Komplex bilden.
Antenne gemäß Anspruch 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer in Reihe mit jedem Verstärker eine Dynamik unter 3 dB aufweist.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Reihe einer Vielzahl von ersten Butler-Matrizen beinhaltet, die in parallelen Ebenen angeordnet sind, und eine zweite Reihe einer Vielzahl von ersten Butler-Matrizen, die ebenfalls in parallelen Ebenen in einer Richtung angeordnet sind, die von der Richtung der ersten Reihe verschieden ist, so dass die Verschiebung der Bereiche oder Korrekturen von Ausrichtungsfehlern in zwei verschiedenen Richtungen möglich sind, und somit in allen Richtungen des von der Antenne abgedeckten Bereichs.
Antenne gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungen der beiden Reihen erster Butler-Matrizen orthogonal sind.
Antenne gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Butler-Matrizen von der Ordnung acht oder sechzehn sind.