DE602004013231T2

DE602004013231T2 - Satelliten-Verstärkervorrichtung

Info

Publication number: DE602004013231T2
Application number: DE602004013231T
Authority: DE
Inventors: Matthieu Hoffmann; Philippe Voisin
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: US7256735B2; US20050227617A1; ATE393494T1; DE602004013231D1; EP1499013A1; FR2857524B1; FR2857524A1; EP1499013B1; ES2305682T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung für Satelliten, die dazu ausgelegt ist, mehrere empfangene Sendekanäle flexibel auf mehrere Ausgangsstrahlenbündel zu verteilen.
Im Allgemeinen Fall von Raumfahrtmissionen impliziert die Entwicklung von Satellitenübertragungen zu Anwendern, die mit Sende-/Empfangsendgeräten mit reduzierter Kapazität und kleiner Abmessung ausgerüstet sind, eine Erhöhung der Empfangsqualität des bordinternen Segments sowie eine Erhöhung der Leistung der zum Boden zurückgesendeten Signale. Diese Erhöhungen der Leistung werden durch Vergrößern der Gewinne der Bordantenne erhalten, was nur durch Verringern der Abmessungen des überdeckten Bereichs am Boden erhalten werden kann. Diese Verringerungen des überdeckten Bereichs erfordern für eine Überdeckung einer bestimmten überdeckten geographischen Zone auf dem Boden notwendigerweise, dass mehrere Strahlenbündel oder Flecke erzeugt werden, um die geographische Zone zu überstreichen. Solche Mehrfachstrahlenbündel- oder Mehrfachfleck-Überdeckungen ermöglichen Verbindungen mit kleinen Bodenendgeräten, sie stellen jedoch das Problem der Steuerung der Bordkapazitäten und insbesondere der Zuweisung empfangener Kanäle an die Sendestrahlenbündel in Abhängigkeit von:

– verschiedenen Verkehrsdichten,
– zeitlichen Entwicklungen der Verkehrsdichten.

Somit empfängt ein Satellit, wie bekannt ist und wie in der Architektur von 1 schematisch gezeigt ist, 64 Signale, die jeweils einem Sendekanal entsprechen, und liefert 32 Strahlenbündel. Die 64 Kanäle werden durch einen Eingangsabschnitt 2 verarbeitet, der bewirkt:

– einen Empfang mit geringem Rauschen, eine geeignete Frequenzumsetzung und eine an jeden der 64 Sendekanäle angepasste Filterung,
– eine Wiederherstellung jedes der 64 Kanäle zu einem entsprechenden Verstärker 3.

Ein Sendekanal entspricht einem Sendefrequenzband und kann einem einzigen Träger oder einer Gesamtheit von Trägern oder Unterkanälen entsprechen.
Jeder Sendekanal wird durch den Verstärker 3, der ihm zugeordnet ist, verstärkt. Die Verstärker 3 sind Hochleistungsverstärker und sind im Allgemeinen durch Wanderwellenröhren oder Festkörperverstärker verwirklicht. Um mehrere Kanäle pro Strahlenbündel einzurichten, müssen die Kanäle über Ausgangsmultiplexer 4 kombiniert werden. Der Ausgangsmultiplexer 4 oder OMUX (Output MUltipleXer), der am Ausgang jedes Verstärkers vorgesehen ist, ist wie in dem Werk "Satellite Communications System" (G. Maral und M. Bousquet, Edition WILEY, zweite Ausgabe, Seiten 411 und folgende) beschrieben beschaffen. Dieser Multiplexer 4 umfasst Filter und eine gemeinsame Führung, die dazu bestimmt ist, die Sendekanäle nach ihrer Verstärkung zu kombinieren. Im Fall von 1 kann jeder Ausgangsmultiplexer 4 zwei Sendekanäle empfangen und ein Strahlenbündelsignal liefern. Jedes Strahlenbündelsignal wird dann zu einer nicht gezeigten Quelle wie etwa einem Hornstrahler geschickt, der zu einem nicht gezeigten Reflektor strahlt, um das Strahlenbündel zu bilden. Somit ermöglicht eine solche Architektur, am Ausgang zwei Sendekanäle pro Strahlenbündel zu erhalten.
Indessen haben die Betreiber nicht immer eine ganz klare Sicht auf die künftige Verteilung des Verkehrs (und daher der Leistung) in den adressierten überdeckten Bereichen, so dass sie einen Bedarf an der Schaffung einer bestimmten Flexibilität haben, die ermöglicht, sich während der Lebensdauer des Satelliten an die Bedürfnisse des Verkehrs anzupassen, der sich aus der Anforderung und dem Erfolg von Diensten in verschiedenen geographischen Zonen ergibt. Es ist daher wichtig, die Sendekanäle flexibel zu den Strahlenbündeln leiten zu können, d. h. derart, dass die Gesamtzahl verarbeiteter Kanäle pro Nutzlast über die gesamte Lebensdauer des Satelliten hinweg auf die verschiedenen Strahlenbündel entsprechend der Verkehrsanforderung verteilt werden kann. In diesem Sinn ermöglicht die Architektur, die in 1 gezeigt ist, keinerlei Flexibilität hinsichtlich der Anzahl der pro Strahlenbündel zugewiesenen Kanäle und erfordert eine Anzahl von Verstärkern, die durch die Anzahl von zu verstärkenden Kanälen vorgegeben ist.
Eine bekannte Lösung für dieses Problem besteht darin, eine Vorrichtung 10 des Typs MPA (Multifort Amplifier) zu verwenden, die in 2 gezeigt ist und die ermöglicht, auf flexible Weise die Verstärkung und die Zuweisung von 64 Sendekanälen zu 32 Strahlenbündel zu gewährleisten. Die Vorrichtung 10 enthält:

– einen Eingangsabschnitt 11 mit 64 Eingängen und 64 Ausgängen, der wie der Abschnitt 2 einen Empfang mit schwachem Rauschen, eine geeignete Frequenzumsetzung und eine an jeden der 64 Sendekanäle angepasste Filterung ausführt,
– einen Kommutator 12 mit 64 Eingängen und 32 Ausgängen,
– eine Matrix 13 des Butler-Typs mit 32 Eingängen und 32 Ausgängen,
– eine Matrix 14 des inversen Butler-Typs mit 32 Eingängen und 32 Ausgängen,
– 32 Hochleistungsverstärker 15, wobei jeder Ausgang der Matrix 13 mit dem entsprechenden Eingang der Matrix 14 über einen Hochleistungsverstärker 15 verbunden ist.

Unter Matrix 14 des inversen Butler-Typs wird eine Matrix verstanden, die eine zu der Butler-Matrix 13 inverse Übertragungsfunktion besitzt.
Somit empfängt der Eingangsabschnitt 11 64 aufsteigende Sendekanäle und bewirkt:

– einen Empfang mit schwachem Rauschen, eine geeignete Frequenzumsetzung und eine Filterung, die an jeden der 64 Sendekanäle angepasst ist,
– eine Wiederherstellung der 64 Sendekanäle an den 64 Eingängen des Kommutators 12.

Der Kommutator 12 ist ein Kommutator mit niedrigem Pegel (d. h. mit geringer Leistung) im Allgemeinen des elektromechanischen oder elektronischen Typs, der sich darauf beschränkt, die an den 64 Eingängen vorhandenen Kanäle zu seinen 32 Ausgängen zu leiten und sie zu multiplexieren (Summation mehrerer Kanäle auf denselben Ausgang). Die Komplexität des Kommutators 12 hängt vom geforderten Flexibilitätsgrad ab, der sich aus der Anzahl von Ausgängen, zu denen jeder Kanal geleitet werden kann, und aus der Anzahl von Kanälen, die zu demselben Ausgang geleitet werden können, ergibt.
Die Ausgangssignale des Kommutators 12, die mehreren Kanälen entsprechen können, werden dann zu den 32 Eingängen der Butler-Matrix 13 geschickt.
In der Matrix 13 des Butler-Typs, die aus 3 dB-Kopplern gebildet ist, ist das Signal an jedem Ausgang eine Kombination der Signale an allen Eingängen, wobei jedoch die Signale, die von verschiedenen Eingängen stammen, eine vorgegebene Phase haben, die jeweils unterschiedlich ist, was nach der Verstärkung durch die Verstärker 15 und nach dem Durchgang durch die Matrix 14 des inversen Butler-Typs ermöglicht, die Eingangssignale vollständig wiederherzustellen. Mit anderen Worten, die 32 Ausgangssignale des Kommutators sind nach der Verstärkung an den Ausgangsanschlüssen der Matrix 14 des inversen Butler-Typs vollkommen identisch (das Produkt aus der Matrix 13 des Butler-Typs und aus der Matrix 14 des inversen Butler-Typs ergibt die Identität). Jeder Verstärker 15 hat Anteil an der Verstärkung aller Signale, die an den Eingängen der Butler-Matrix 13 vorhanden sind. Wenn eine solche Vorrichtung 10 einmal so dimensioniert worden ist, dass durch sie eine maximale Anzahl von Sendekanälen laufen kann, lässt sie jede beliebige Verteilung zu.
Jedes an den Ausgängen der Matrix 14 des inversen Butler-Typs erhaltene Strahlenbündelsignal wird anschließend zu einer nicht gezeigten Quelle wie etwa einem Hornstrahler geschickt, der zu einem nicht gezeigten Reflektor strahlt, um das Strahlenbündel zu bilden.
Somit ermöglicht die Vorrichtung 10 eine vollständige Flexibilität in dem Maß, in dem es funktional möglich ist, jeden der 64 Sendekanäle zu jedem der 32 Strahlenbündel zuzuweisen. Es ist somit funktional möglich, alle verstärkten Sendekanäle zu einem einzigen Strahlenbündel zu bringen oder sie gleich auf alle Strahlenbündel zu verteilen, wobei die Zuweisung der Strahlenbündel vor den Butler-Matrizen durch den Kommutator 12 ausgeführt wird.
Die Ausführung einer solchen Lösung bringt jedoch bestimmte Schwierigkeiten mit sich, insbesondere das Problem der Machbarkeit einer MPA-Vorrichtung hoher Ordnung, die mit der Machbarkeit von Butler-Matrizen und mit der Parallelschaltung einer hohen Anzahl von Leistungsverstärkern sowie an einen Wirkungsgradverlust hinsichtlich der Leistung der Vorrichtung 10 von 2 im Vergleich zu der Vorrichtung 1 von 1 gebunden ist.
Somit werden üblicherweise bis zu 64 Strahlenbündel oder mehr vorgefunden (Multimedia-Anwendung im Ka-Band) um die Überdeckung eines Kontinents zu gewährleisten. Nun sind aber MPA-Vorrichtungen mit 64 Eingängen und 64 Ausgängen oder selbst mit 64 Eingängen und 32 Ausgängen wie in 2 gezeigt äußerst schwierig herzustellen, insbesondere aufgrund der Komplexität der verwendeten Butler-Matrizen.
Eine Möglichkeit besteht darin, die Butler-Matrizen 13 und 14 zu unterteilen, indem mehrere Untergruppen von Butler-Matrizen mit geringerer Größe verwendet werden. Beispielsweise zeigt 3 eine solche Vorrichtung, die mit der Vorrichtung 10 von 2 übereinstimmt, bis auf den Unterschied, dass die Matrizen 13 und 14 von 2 in zwei gleiche Untermatrizen mit 16 Eingängen und 16 Ausgänge unterteilt sind. Indessen ist eine solche Lösung weniger flexibel in dem Maß, in dem es zur Vermeidung einer Überdimensionierung der Leistungsverstärker nicht möglich ist, die 64 Sendekanäle in derselben Untermatrix zu verstärken. Um dieselben Verstärker wie jene der Vorrichtung 10 von 2 zu verwenden, darf die Anzahl von durch die Untermatrix verarbeiteten Kanäle 32 nicht übersteigen, weshalb die Vorrichtung 12 die 64 Kanäle auf zwei Blöcke mit 32 Kanälen unterteilt. Diese Beschränkung begrenzt daher die Flexibilität der Vorrichtung von 3 im Verhältnis zu jener der Vorrichtung 10 von 2.
Außerdem ist anzumerken, dass in einer Lösung des MPA-Typs die Anzahl von Eingängen und Ausgängen der Matrizen des Butler-Typs und des inversen Butler-Typs wenigstens gleich der Anzahl von Strahlenbündeln sein muss, um zu ermöglichen, alle Strahlenbündelzugänge mit dem Ausgang der MPA-Vorrichtung zu verbinden. Somit ist die erforderliche Anzahl von Verstärkern durch die Anzahl von Strahlenbündeln vorgegeben, was zu erhöhten Kosten und einer komplexen Anordnung führt.
Schließlich trägt dann, wenn alle Kanäle über eine MPA-Vorrichtung übertragen werden, jeder Leistungsverstärker zur Verstärkung einer hohen Anzahl von Kanälen (64 Kanäle pro Verstärker für die Vorrichtung 10 von 2) im Vergleich zu der Vorrichtung von 1 (ein Kanal pro Verstärker für die Vorrichtung 1) bei. Diese Mehrkanal-Funktionsweise führt zwangsläufig zu einem Betrieb des Leistungsverstärkers weit entfernt von seinem Sättigungspunkt, was zu einer Abnahme seines energetischen Wirkungsgrades (gelieferte Leistung/verbrauchte Leistung) und daher bei gleicher gelieferter Leistung pro Sendekanal für die Vorrichtungen 1 und 10 zu einer Erhöhung der verbrauchten Leistung für die Vorrichtung 10 führt. Der flexible Verstärkungsfaktor der Vorrichtung 10 im Vergleich zu der Vorrichtung 1 führt daher zu einer Verschlechterung der Energiebilanz.
Das Dokument US 5.955.920 (Rendink u. a.) beschreibt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Verstärken und flexiblen Verteilen mehrerer Sendekanäle des Standes der Technik.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, eine Vorrichtung für Satelliten zu schaffen, die ausgelegt ist, um eine Mehrzahl P von Eingangssendekanälen zu verstärken und flexibel auf N Ausgänge, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen, zu verteilen, wobei die Anzahl von Leistungsverstärkern verringert ist und dennoch eine gute Flexibilität beibehalten wird.
Die vorliegende Erfindung schlägt hierzu eine Vorrichtung für Satelliten vor, die ausgelegt ist, um eine Mehrzahl P von Eingangssendekanälen zu verstärken und flexibel auf N Ausgänge, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen, zu verteilen, wobei die Vorrichtung enthält:

– einen Kommutator, der wenigstens P Eingänge für die Lenkung der Mehrzahl P von Sendekanälen zu einer Mehrzahl von Ausgängen enthält,
– wenigstens eine Matrix des Butler-Typs, wovon jeder Eingang mit einem Ausgang des Kommutators verbunden ist,
– wenigstens eine Matrix des inversen Butler-Typs, wobei jeder Ausgang der Matrix des Butler-Typs über einen Verstärker mit einem entsprechenden Eingang der Matrix des inversen Butler-Typs verbunden ist,

Kraft der Erfindung ermöglicht die vorteilhafte Kopplung zwischen einer Technologie des Typs MPA (Multifort Amplifier) und der Verwendung von Ausgangs-Demultiplexern oder ODEMUX (Output DEMUltipleXer) die Zuweisung der Sendekanäle zu einer Anzahl von Strahlenbündeln, die höher als die Anzahl von Eingängen der Matrix des Butler-Typs ist (N > P). Wenn daher ein ODEMUX (der wenigstens zwei Ausgänge besitzt) für jeden Ausgang der Matrix des inversen Butler-Typs verwendet wird, ist notwendig eine Anzahl von Eingängen der Matrix des Butler-Typs vorhanden, die kleiner oder gleich der halben Anzahl von Strahlenbündeln ist. Der ODEMUX ermöglicht die Trennung entsprechend der Frequenz am selben Ausgangsanschluss der Matrix des inversen Butler-Typs von Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen, die für die verschiedenen Strahlenbündel verwendet werden. Somit kann ein Ausgangsanschluss zwei Strahlenbündel adressieren, falls der ODEMUX zwei Ausgänge enthält.
Um außerdem eine Lösung zu erreichen, die zu jener äquivalent ist, die mit der MPA-Technologie oder mit der unterteilten MPA-Technologie erhalten wird, benötigt die Vorrichtung gemäß der Erfindung wenigstens zweimal weniger Verstärker (im Fall eines ODEMUX mit zwei Ausgängen), indem angenommen wird, dass die bei jedem Verstärker geforderte Leistung, die wenigstens zweimal größer als jene ist, die mit der MPA-Technologie oder mit der unterteilten MPA-Technologie gefordert ist, durch einen einzigen Verstärker effektiv geliefert werden kann. Wenn dies nicht der Fall wäre, wäre die Anzahl von Verstärkern der Vorrichtung gemäß der Erfindung höchstens gleich jener, die mit einer MPA-Technologie oder einer unterteilten MPA-Technologie erhalten wird.
Darüber hinaus nimmt der Flexibilitätsgrad im Verhältnis zu einer Lösung des unterteilten MPA-Typs zu. Um somit dieselbe Flexibilität (beispielsweise bei 32 Strahlenbündeln) zu gewährleisten, erfordert die Lösung des unterteilten MPA-Typs zwei Untergruppen, die jeweils eine Matrix des Butler-Typs mit 16 Eingängen und 16 Ausgängen und eine Matrix des inversen Butler-Typs mit 16 Eingängen und 16 Ausgängen besitzt. Die Flexibilität ist ausschließlich innerhalb jeder der zwei Untergruppen gewährleistet, also nur für acht Strahlenbündel innerhalb derselben Untergruppe. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Adressierung der 32 Strahlenbündel mit einer einzigen Matrix des Butler-Typs mit 16 Eingängen und 16 Ausgängen und einer einzigen Matrix des inversen Butler-Typs mit 16 Eingängen und 16 Ausgängen, wobei die Flexibilität für die 32 Strahlenbündel verwirklicht wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verwendung von MPAs in vernünftiger Größenordnung und bleibt dennoch mit der Erzeugung einer großen Anzahl von Strahlenbündeln verträglich.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung:

– einen Kommutator mit P Eingängen und Q Ausgängen für die Lenkung der P Sendekanäle zu den Q Ausgängen,
– k1 Matrizen des Butler-Typs, wovon jede Q/k1 Eingänge und Q/k1 Ausgänge besitzt, wobei k1 eine von Null verschiedene natürliche Zahl ist und Q ein ganzzahliges Vielfaches von k1 ist,
– k1 Matrizen des inversen Butler-Typs, wovon jede Q/k1 Eingänge und Q/k1 Ausgänge besitzt, wobei jeder Ausgang jeder der k1 Matrizen des Butler-Typs über einen Verstärker mit einem entsprechenden Eingang einer der k1 Matrizen des inversen Butler-Typs verbunden ist,
– Q Ausgangs-Demultiplexer, wovon jeder einen Eingang und k2 Ausgänge enthält, wobei jeder der Q/k1 Ausgänge, die jeder der Matrizen des inversen Butler-Typs zugeordnet sind, mit einem Eingang eines der Q Demultiplexer verbunden ist, wobei k2 eine von Null verschiedene natürliche Zahl ist, derart, dass N gleich Q·k2.

Die vorliegende Erfindung hat außerdem ein Verstärkungssystem für Satelliten zum Gegenstand, das ausgelegt ist, um eine Anzahl P von Eingangssendekanälen flexibel zu verteilen, wobei das System eine Anzahl P' von Eingängen aufweist, um P Eingangssendekanäle zu empfangen, wobei die Anzahl P' von Eingängen größer als die Anzahl P von flexibel zu verteilenden Eingangssendekanälen ist, wobei das System dadurch gekennzeichnet, ist dass es enthält:

– eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die ausgelegt ist, um P Eingangssendekanäle zu verstärken und flexibel zu verteilen,
– mehrere Verstärker zum Verstärken der P'–P verbleibenden Sendekanäle.

Somit liegt diese Systemarchitektur zwischen einer nicht flexiblen Lösung und einer flexiblen Lösung und verwendet die Vorrichtung gemäß der Erfindung. Sie weist einen annehmbaren energetischen Wirkungsgrad und eine gute Flexibilität für eine nicht unerhebliche Menge P von Kanälen auf. Eine solche Lösung ermöglicht, einen guten Kompromiss zwischen der geforderten Flexibilität und dem globalen Wirkungsgrad zu finden.
Diese Architektur bietet die Möglichkeit, dieser Vorrichtung ein herkömmliches Verstärkungsschema (wie in 1 beschrieben) zuzuordnen, das ermöglicht, eine Flexibilität auf allen Strahlenbündeln zu bieten und dennoch die Gesamtenergiebilanz zu berücksichtigen.
Vorteilhaft enthält das Verstärkungssystem mehrere Ausgangs-Multiplexer, wobei jeder der Ausgangs-Multiplexer einen Eingang besitzt, der mit einem Ausgang eines der Verstärker für die Verstärkung der P'–P verbleibenden Sendekanäle verbunden ist, wobei ein weiterer Eingang mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die P Sendekanäle flexibel verwaltet, verbunden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung hervor, die beispielhaft und keineswegs beschränkend gegeben wird.
In den folgenden Figuren zeigen:
1 schematisch eine Verstärkungsarchitektur gemäß dem Stand der Technik,
2 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zum Verstärken und flexiblen Zuweisen gemäß dem Stand der Technik,
3 schematisch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Verstärken und flexiblen Zuweisen gemäß dem Stand der Technik,
4 schematisch eine Vorrichtung für Satelliten gemäß der Erfindung und
5 schematisch ein Verstärkungssystem gemäß der Erfindung.
Die 1, 2 und 3 sind bereits mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben worden.
4 zeigt eine Vorrichtung 100, die ausgelegt ist, um P (P = 64) Signale C1 bis C64 von Eingangskanälen flexibel zu verstärken und auf N (N = 32) Ausgangssignale F1 bis F32, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen, zu verteilen.
Die Vorrichtung 100 enthält:

– einen Eingangsabschnitt 101 mit 64 Eingängen und 64 Ausgängen,
– einen Kommutator 102 mit P (P = 64) Eingängen und Q (Q = 16) Ausgängen,
– k1 (k1 = 1) Matrizen 103 des Butler-Typs mit Q/k1 (Q/k1 = 16) Eingängen und Q/k1 (Q/k1 = 16) Ausgängen,
– k1 (k1 = 1) Matrizen 104 des inversen Butler-Typs mit Q/k1 (Q/k1 = 16) Eingängen und Q/k1 (Q/k1 = 16) Ausgängen,
– Q (Q = 16) Leistungsverstärker 105,
– Q (Q = 16) Ausgangs-Demultiplexer 109 oder ODEMUX (Output DEMUltipleXer) mit einem Eingang und k2 (k2 = 2) Ausgängen.

Jeder der ODEMUX 109 ist eine Vorrichtung, die an ihren Ausgängen die Trennung von mehreren am Eingang vorhandenen Kanälen entsprechend der Frequenz ermöglicht. Strukturell ist ein ODEMUX ein inverser Multiplexer OMUX, wie er etwa in dem Werk "Satellite Communications System" (G. Maral und M. Bousquet, Edition WILEY, zweite Ausgabe, Seiten 411 und folgende) beschrieben ist. Jeder der Leistungsverstärker 105 ist im Allgemeinen eine Wanderwellenröhre, es kann sich jedoch auch um einen Halbleiterverstärker SSPA (Solid State Power Amplifier) handeln.
Jeder Ausgang der Matrix 103 ist mit dem entsprechenden Eingang der Matrix 104 über einen der Leistungsverstärker 105 verbunden.
Unter Matrix 104 des inversen Butler-Typs wird eine Matrix verstanden, die eine Übertragungsfunktion hat, die zu jener der Matrix 103 des Butler-Typs invers ist.
Somit empfängt der Eingangsabschnitt 101 die 64 ansteigenden Sendekanäle C1 bis C64, die jeweils einem Sendekanal entsprechen. Der Eingangsabschnitt 101 führt dann die folgenden Operationen aus:

– geeignete Frequenzumsetzung jedes der 64 Sendekanäle C1 bis C64 und Filterung,
– Wiederherstellung von 64 Sendekanälen C'1 bis C'64 an den 64 Eingängen des Kommutators 102.

Der Kommutator 102 ist ein Kommutator mit niedrigem Pegel (d. h., er arbeitet mit sehr geringer Leistung) im Allgemeinen vom elektromechanischen oder vom elektronischen Typ, der darauf beschränkt ist, die an seinen Eingängen vorhandenen Signale zu einem seiner 16 Ausgänge zu leiten und sie zu kombinieren.
Die Ausgangssignale B1 bis B16 des Kommutators 102, die mehreren Kanalsignalen entsprechen können, werden dann zu den 16 Eingängen der Butler-Matrix 103 geschickt.
In der Matrix 103 des Butler-Typs, die aus 3 dB-Kopplern gebildet ist, ist das Signal an jedem Ausgang eine Kombination aus den Signalen an allen Eingängen, die von den verschiedenen Eingängen stammenden Signale haben jedoch eine vorgegebene und voneinander verschiedene Phase, was nach der Verstärkung durch die Verstärker 105 und nach dem Durchgang durch die Matrix 104 des inversen Butler-Typs ermöglicht, die Eingangssignale vollständig wiederherzustellen.
Somit sind die 16 Signale B1 bis B16 am Ausgang des Kommutators 101 nach der Verstärkung an den Ausgangsanschlüssen der Matrix 104 des inversen Butler-Typs identisch vorhanden, weil das Produkt aus der Matrix 103 des Butler-Typs mit der Matrix 104 des inversen Butler-Typs die Identität ergibt.
Jeder Verstärker 105 hat an der Verstärkung aller vorhandenen Signale B1 bis B16 an den Eingängen der Butler-Matrix 103 teil. Selbstverständlich sind die Verstärker 105 so bemessen, dass sie eine vorgegebene maximale Anzahl von Kanälen durchlassen.
Die verstärkten Signale, die an den Ausgangsanschlüssen der Matrix 104 des inversen Butler-Typs erhalten werden, seien mit BA1 bis BA16 bezeichnet.
Jedes Signal BA1 bis BA16 kommt an einem entsprechenden Eingang eines ODEMUX 109 an und wird entsprechend der Frequenz durch diesen ODEMUX getrennt. Die 16 ODEMUX 109 liefern dann 32 Signale F1 bis F32, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen.
Jedes Signal F1 bis F32, das an den Ausgängen der Vorrichtung 100 erhalten wird, wird anschließend zu einer nicht gezeigten Quelle wie etwa einem Hornstrahler geschickt, der zu einem nicht gezeigten Reflektor strahlt, um das Strahlenbündel zu bilden.
Jedes Signal BA1 bis BA16 kann mehrere Sendekanäle enthalten. Selbstverständlich müssen die an den Eingängen der ODEMUX vorhandenen Sendekanäle einen ausreichenden Frequenzabstand aufweisen, um demultiplexiert zu werden. Diese Beschränkung wird jedoch in der Praxis implizit in dem Maß gelöst, in dem in einem Mehrfachstrahlenbündel-System die Systemzwänge ebenfalls eine frequentielle Trennung der Kanäle zwischen benachbarten Strahlenbündeln erfordern. Somit müssen zwei benachbarte Strahlenbündel, die beispielsweise zwei Ausgängen eines ODEMUX 109 entsprechen, gut getrennte Kanalsignale enthalten, wobei die Trennung der Kanäle, um die Demultiplexierung zuzulassen, ebenfalls verifiziert wird.
In der Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung werden 16 Verstärker verwendet, also zweimal weniger als in dem Fall der Vorrichtung 10 des Standes der Technik, die in 2 gezeigt ist.
Es sei hier angemerkt, dass auch ein Kommutator mit 64 Eingängen und acht Ausgängen, eine einzige Butler-Matrix und eine einzige inverse Butler-Matrix mit jeweils acht Eingängen und acht Ausgängen und ODEMUX mit vier Demultiplexierungsausgängen verwendet werden können. In diesem Fall sind acht Verstärker vorhanden, was einen Gewinn um einen Faktor 4 in Bezug auf die Vorrichtung 10 von 2 bedeutet.
Es sei außerdem angemerkt, dass eine höhere Anzahl k1 von Butler-Matrizen und inversen Butler-Matrizen verwendet werden kann (beispielsweise 16 × 16-Butler-Matrizen in der Anzahl k1 = 2 und zwei inverse 16 × 16-Butler-Matrizen).
5 zeigt schematisch ein Verstärkungssystem 200 gemäß der Erfindung.
Das Verstärkungssystem 200 enthält:

– einen Eingangsabschnitt 201 mit 64 Eingängen und 64 Ausgängen,
– 32 Verstärker 203,
– ein Modul 202 mit 32 Eingängen und 32 Ausgängen,
– 32 Ausgangs-Multiplexer 204.

Der Eingangsabschnitt 201 empfängt 64 aufsteigende Sendekanäle. Der Eingangsabschnitt 201 führt dann die folgenden Operationen aus:

– geeignete Frequenzumsetzung an jedem der 64 Sendekanäle und Filterung und
– Wiederherstellung von zwei Blöcken mit 32 Kanälen.

Die 32 ersten Ausgangs-Sendekanäle des Eingangsabschnitts 201 werden jeweils direkt in den Eingang eines der 32 Verstärker 203 eingegeben.
Die 32 weiteren Sendekanäle werden in den Eingang des Moduls 202 eingegeben.
Das Modul 202 hat beispielsweise einen Aufbau, der mit jenem der in 4 gezeigten Vorrichtung 100 übereinstimmt, mit der Ausnahme, dass es keinen Eingangsabschnitt enthält und dass sein Kommutator 205 32 Eingänge (statt der 64 Eingänge der Vorrichtung 100) enthält.
Das Modul 202 ermöglicht die flexible Verstärkung und Verteilung seiner 32 Eingangs-Sendekanäle an seine 32 Ausgänge.
Jedes Ausgangssignal des Moduls 202 kann anschließend mit einem Ausgangssignal eines Verstärkers 203 über einen Ausgangs-Multiplexer 204 multiplexiert werden.
Die 32 Ausgangs-Multiplexer 204 liefern somit 32 Ausgangssignale, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen.
Das Modul 202 enthält 16 Verstärker 206.
Somit ermöglicht das System 200 mit 48 Verstärkern eine sehr gute Verteilungsflexibilität von 32 Sendekanälen (also der Hälfte der Sendekanäle) auf 32 Strahlenbündel unter Beibehaltung eines hohen globalen Wirkungsgrades in dem Maß, in dem nur ein Teil der Kanäle flexibel gesteuert wird.
Zum Vergleich befindet sich der energetische Wirkungsgrad eines solchen Systems zwischen dem Wirkungsgrad eines nicht flexiblen äquivalenten Systems wie etwa jenem, das in 1 gezeigt ist, und einem vollständig flexiblem System wie etwa jenem, das in 2 gezeigt ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die eben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt.
Insbesondere ist die Erfindung mit ODEMUX mit zwei Ausgängen beschrieben worden, es können jedoch auch ODEMUX mit mehr als zwei Ausgängen (z. B. mit vier Ausgängen) verwendet werden.
Ebenso sind die verwendeten Kommutatoren als elektromechanische Kommutatoren beschrieben worden, es kann sich bei ihnen jedoch auch um elektronische Kommutatoren handeln.

Claims

Vorrichtung (100) für Satelliten, die ausgelegt ist, um eine Mehrzahl P von Eingangssendekanälen zu verstärken und flexibel auf N Ausgänge, die jeweils einem Strahlenbündel entsprechen, zu verteilen, wobei die Vorrichtung enthält: – einen Kommutator (102), der wenigstens P Eingänge für die Lenkung der Mehrzahl P von Sendekanälen zu einer Mehrzahl von Ausgängen enthält, – wenigstens eine Matrix (103) des Butler-Typs, wovon jeder Eingang mit einem Ausgang des Kommutators verbunden ist, – wenigstens eine Matrix (104) des inversen Butler-Typs, wobei jeder Ausgang der Matrix des Butler-Typs über einen Verstärker (105) mit einem entsprechenden Eingang der Matrix des inversen Butler-Typs verbunden ist, wobei die Vorrichtung (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Mehrzahl von Ausgangs-Demultiplexern (109) enthält, um eine Mehrzahl von Sendekanälen entsprechend der Frequenz zu trennen, wobei der Eingang jedes der Ausgangs-Demultiplexer mit einem Ausgang der Matrix des inversen Butler-Typs verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: – einen Kommutator (102) mit P Eingängen und Q Ausgängen für die Lenkung der P Sendekanäle zu den Q Ausgängen, – k1 Matrizen des Butler-Typs (103), wovon jede Q/k1 Eingänge und Q/k1 Ausgänge besitzt, wobei k1 eine von Null verschiedene natürliche Zahl ist und Q ein ganzzahliges Vielfaches von k1 ist, – k1 Matrizen des inversen Butler-Typs (104), wovon jede Q/k1 Eingänge und Q/k1 Ausgänge besitzt, wobei jeder Ausgang jeder der k1 Matrizen des Butler-Typs über einen Verstärker mit einem entsprechenden Eingang einer der k1 Matrizen des inversen Butler-Typs verbunden ist, – Q Ausgangs-Demultiplexer (109), wovon jeder einen Eingang und k2 Ausgänge enthält, wobei jeder der Q/k1 Ausgänge, die jeder der Matrizen des inversen Butler-Typs zugeordnet sind, mit einem Eingang eines der Q Demultiplexer verbunden ist, wobei k2 eine von Null verschiedene natürliche Zahl ist, derart, dass N gleich Q·k2 ist.
Verstärkungssystem (200) für Satelliten, das ausgelegt ist, um eine Anzahl P von Eingangssendekanälen flexibel zu verteilen, wobei das System eine Anzahl P' von Eingängen aufweist, um P' Eingangssendekanäle zu empfangen, wobei die Anzahl P' von Eingängen größer als die Anzahl P von flexibel zu verteilenden Eingangssendekanälen ist, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass es enthält: – eine Vorrichtung (202) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die ausgelegt ist, um P Eingangssendekanäle zu verstärken und flexibel zu verteilen, – mehrere Verstärker (203) zum Verstärken der P'–P verbleibenden Sendekanäle.
Verstärkungssystem (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Ausgangs-Multiplexer (204) enthält, wobei jeder der Ausgangs-Multiplexer einen Eingang besitzt, der mit einem Ausgang eines der Verstärker für die Verstärkung der P'–P verbleibenden Sendekanäle verbunden ist und ein weiterer Eingang mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 verbunden ist.