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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung und
ein Verfahren zur Satellitenverfolgung und insbesondere auf eine
Antennenanordnung und ein Verfahren, bei dem eine Master-Antenne
zum Übertragen
und Empfangen von Satellitensignalen zu und von einem Satelliten
in einem ersten Frequenzband verwendet wird, und wobei eine Slave-Antenne
zum Empfangen von Satellitensignalen von einem Satellitensignal
in einem zweiten Frequenzband verwendet wird. Das erste Frequenzband
kann vom zweiten Frequenzband verschieden sein.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei
der Kommunikation über
einen Satelliten zu und von einem fahrenden Fahrzeug wie z. B. einem
Schiff oder einem Auto ist ein "mobiles
Endgerät", das am Fahrzeug
installiert ist, erforderlich. Ein solches "mobiles Endgerät" besteht gewöhnlich aus einem Teil, der
an einer Plattform des Fahrzeugs installiert ist, wobei sich die
Plattform in einer festen Position relativ zum Fahrzeug befindet.
Diese Plattform wird nachstehend als "sich bewegende Plattform" bezeichnet, und
der Teil des Endgeräts,
der an dieser installiert ist, wird als EME (extern angebrachte
Anlage) bezeichnet, siehe auch 1a und 1b.
Das "mobile Endgerät" umfasst gewöhnlich auch
einen Teil, der an einem gewissen Ort nahe dem Endgerätbenutzer,
z. B. im Ruderhaus an einem Schiff, installiert ist, wobei dieser
Teil als IME (intern angebrachte Anlage) bezeichnet wird. Die IME
umfasst typischerweise ein Handgerät, einen PC, ein Modem, eine
Schnittstellenelektronik, Leistungsversorgungen usw., obwohl eine
Tendenz besteht, dass immer mehr der IME-Elektronik zur EME bewegt wird,
um die Kosten und die Komplexität
sowohl in der IME als auch EME zu verringern.
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Die
Satellitenkommunikation wird unter mobilen Teilnehmern immer populärer, da
die Technologie an den Endgeräten,
Satelliten und Landerdstationen verbessert wird. Die Satellitenkommunikation
ist in entfernten Gebieten außerhalb
des Abdeckungsgebiets für
traditionelle Kommunikationsmedien auf Landbasis wie z. B. PSTN
oder Mobiltelephonen effizient, ihr fehlt jedoch die Fähigkeit,
hohe Informationsraten mit konkurrenzfähigen niedrigen Kosten zu bieten.
Mit digitalen Kommunikationstechniken, die in fast allen Kommunikationssystemen
verwendet werden, ist heutzutage ein gutes Maß für die Informationsrate die
Bitrate, d. h. die Menge an Informationsbits, die pro Sekunde übertragen
werden. Viele der sehr populären
L-Band-Satellitenendgeräte
bieten eine Einrichtung zur Sprachkommunikation, die sehr häufig eine
Datenübertragung
mit niedriger Bitrate ist, wobei der Preis annehmbar, aber immer
noch relativ hoch ist. Viele L-Band-Endgeräte bieten auch eine Kommunikation
von Daten mit einer mittleren Geschwindigkeit, d. h. 64 kBit pro
Sekunde, jedoch mit einem sehr ungünstigen Preis.
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Es
besteht eine drastische Zunahme des Bedarfs für eine Datenübertragung
mit wahrhaft hoher Geschwindigkeit über einen Satelliten, zumindest
in der Richtung von der Landerdstation (LES) über Satellit zum "mobilen Endgerät" (auch häufig als
mobile Erdstation MES bezeichnet, die aus den vorstehend erwähnten EME-
und IME-Einheiten besteht), wobei die Richtung nachstehend als "Vorwärtsrichtung" bezeichnet wird.
Hier bedeuten Daten mit hoher Geschwindigkeit typischerweise von
einigen hundert Kilobit pro Sekunde bis mehreren Megabit pro Sekunde.
Die entgegengesetzte Richtung, in der Daten von der MES über Satellit
zu einer LES übertragen
werden, wird als "Rückwärtsrichtung" bezeichnet. Wenn wir
sagen dass "Daten über einen
Satelliten in der Vorwärtsrichtung
zur MES übertragen
werden", meinen
wir, dass Daten durch die LES auf einen geeigneten Hochfrequenzträger moduliert
werden. Dieser Hochfrequenzträger
wird durch die LES zu einem Satelliten übertragen, wobei der Satellit
typischerweise den empfangenen modulierten Träger in einen anderen modulierten
Träger
umsetzt, wobei dem modulierten Träger eine große Verstärkung gegeben
wird und dieser zur MES übertragen
wird. Wenn wir sagen, dass "Daten über einen
Satelliten in der "Rückwärtsrichtung" zur LES übertragen
werden, meinen wir, dass Daten durch die MES auf einen geeigneten Hochfrequenzträger moduliert
werden. Dieser modulierte Hochfrequenzträger wird durch die MES zu einem
Satelliten übertragen,
wobei der Satellit typischerweise den empfangenen modulierten Träger in einen
anderen modulierten Träger
umsetzt, wobei dem modulierten Träger eine große Verstärkung gegeben
wird und dieser zur LES übertragen
wird. Vorzugsweise wird die vorstehend beschriebene "Datenübertragung
mit hoher Geschwindigkeit" auch
in der "Rückwärtsrichtung" verwendet, aber
sehr häufig
ist eine viel niedrigere Datenübertragungsfähigkeit
annehmbar.
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Eine
Datenübertragung über Satellit
erfordert eine gewisse Menge an Hochfrequenzbandbreite, je höher die
Datenrate ist, desto höher
ist die erforderliche Bandbreite. Im L-Band ist die verfügbare Bandbreite
sehr begrenzt, aus welchem Grund die Bandbreite als "Ressource" sehr teuer ist.
Das L-Band wird häufig
für sehr
zuverlässige Übertragungen
mit einer Datenrate mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit
verwendet. Die MES-Anlage und insbesondere der EME-Teil, die dazu
ausgelegt sind, in diesem Band zu arbeiten, ist relativ einfach
und kostengünstig.
Eine globale Abdeckung ist häufig
für L-Band-Systeme
wie z. B. Inmarsat zu sehen. In den höheren Frequenzbändern wie
z. B. dem S-, X- und K-Band steht Bandbreite leichter mit einem
vernünftigen
Preis zur Verfügung, aber
die Komplexität
und daher die Kosten der MES-Anlage, insbesondere für die EME,
steigen. Ferner ist fast niemals eine globale Abdeckung zu sehen
und die Abdeckung ist sehr häufig
auf einen Bereich mit der Größe von z.
B. Europa oder weniger begrenzt.
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Im
US-Pat. Nr. 5 835 057 ist
ein Satellitenkommunikationssystem beschrieben, in dem eine Antennenanordnung
zum Empfangen von Ku-Band-Signalen
von einem ersten Satelliten mittels einer Ku-Band-Antenne und zum Übertragen
und Empfangen von L-Band-Signalen zu und von einem zweiten Satelliten
mittels einer L-Band-Antenne verwendet wird. Dieses System ist jedoch
zum Arbeiten in einem Spezialfall ausgelegt, in dem die Richtachsen
der Ku-Band-Antenne und der L-Band-Antenne identisch sein können, was
für das
System der Fall ist, das im
US-Pat.
Nr. 5 835 057 beschrieben ist. Diese spezielle Situation
von zwei oder mehr Satelliten mit derselben Sichtlinie von den Antennen
ist in Nordamerika mit mindestens einem von zwei AMSC-Satelliten
und einem möglichen
existierenden Ku-Band-Satelliten der Fall. Das vorliegende AMSC-System arbeitet über zwei
L-Band-Satelliten mit einer Differenz in der Orbitalposition von
etwa 5 Grad. Das im
US-Pat. Nr.
5 835 057 beschriebene System ermöglicht jedoch nicht das simultane
Empfangen und Übertragen über zwei
oder mehr Satelliten, deren Differenz im Orbitalwinkel viel größer als
5 Grad ist.
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Ein
System mit zwei Antennen, die in Richtung von Satelliten mit verschiedenen
Azimutpositionen gerichtet werden können, ist in
EP 1 414 104 A2 offenbart.
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Folglich
besteht ein Bedarf an einem Antennensystem, das das simultane Empfangen
und Übertragen über zwei
oder mehr Satelliten ermöglicht,
deren Differenz in den Orbitalwinkeln in einem Ausmaß variieren
kann, das keine identischen Richtachsen von Antennen ermöglicht,
die mit verschiedenen Satelliten kommunizieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Antennenanordnung gemäß Anspruch 1 geschaffen.
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Hier
kann die Slave-Antenne ferner zum Übertragen von zweiten Satellitensignalen
zum Slave-Antennensatelliten im zweiten Satellitenband ausgelegt
sein.
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Vorzugsweise
ist die Master-Antenne an der Master-Antriebsanordnung beweglich
befestigt, während
die Slave-Antenne an der Slave-Antriebsanordnung beweglich befestigt
ist. Vorzugsweise ist auch die Master-Antriebsanordnung in Bezug
auf die Slave-Antenne starr befestigt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Antennenanordnung ferner ein Master-Antennenumschaltmittel
zum Ändern
oder Umschalten einer Empfangsrichtung der Master-Antenne umfassen.
Hier kann das Master-Antennenumschaltmittel zum Durchführen eines
mechanischen Änderns
oder Umschaltens der Richtung der physikalischen Richtachse der
Master-Antenne ausgelegt sein und das Master-Antennenumschaltmittel
kann auch oder alternativ zum Durchführen eines elektrischen Änderns oder
Umschaltens der Empfangsrichtung der Master-Antenne ausgelegt sein,
wobei das elektrische Ändern
oder Umschalten dem mechanischen Ändern oder Umschalten folgen
kann. Es ist bevorzugt, dass das Master-Antennenumschaltmittel zum
Durchführen
des elektrischen Änderns
oder Umschaltens der Empfangsrichtung der Master-An tenne unter Verwendung
einer Strahlumschaltungs- oder Strahlschiel-Technik ausgelegt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann die Master-Antenne eine Array-Antenne sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Antennenanordnung ferner ein Überwachungsmittel
zum Überwachen
von einem oder mehreren Signalen, die Informationen tragen, die Veränderungen
der Empfangssignalstärke
von einem oder mehreren vom Master-Antennensatelliten übertragenen
Signalen darstellen, während
des Änderns
oder Umschaltens der Empfangsrichtung der Master-Antenne umfassen.
Die Antennenanordnung kann ferner ein Steuermittel zum Liefern von
einem oder mehreren Master-Steuersignalen zur Master-Antriebsanordnung
und/oder zur Slave-Antriebsanordnung umfassen, um dadurch die Bewegung der
Master-Antenne in Ansprechen auf die Ergebnisse der Überwachung
des Signalstärkeninformationssignals
oder der Signalstärken-Informationssignale, das
bzw. die dem Signal bzw. den Signalen vom Master-Antennensatelliten
entspricht bzw. entsprechen, zu steuern, wodurch die Richtung der
physikalischen Richtachse der Master-Antenne geändert wird, um Richtfehler
der Master-Antenne in Bezug auf den Master-Antennensatelliten zu
verringern.
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Es
liegt auch innerhalb einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass die Antennenanordnung ferner ein
Steuermittel zum Liefern des einen oder der mehreren Master-Slave-Steuersignale zur
Master-Antriebsanordnung und/oder zur Slave-Antriebsanordnung umfassen
kann, um dadurch die Anordnung der Richtung der physikalischen Richtachse
der Slave-Antenne unter Verwendung der Richtung der physikalischen
Richtachse der Master-Antenne als Referenz des Azimuts zu steuern.
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Die
vorliegende Erfindung deckt auch eine oder mehrere Ausführungsformen
einer Antennenanordnung ab, die ferner ein Steuermittel zum Liefern des
einen oder der mehreren Master-Slave-Steuersignale zur Master-Antriebsanordnung
und/oder zur Slave-Antriebsanordnung umfassen kann, um dadurch die
Anordnung der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
in Bezug auf die physikalische Richtachse der Master-Antenne so zu steuern,
dass der Winkelabstand des Azimuts zwischen den physikalischen Richtachsen
auf einen gegebenen Azimutwert ALPHA(AZ) gesetzt wird. Vorzugsweise
kann das Steuermittel zum Liefern des einen oder der mehreren Master-Slave-Steuersignale zur
Master-Antriebsanordnung und/oder zur Slave-Antriebsanordnung ferner
zum Liefern von Steuersignalen ausgelegt sein, um dadurch die Anordnung
der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne so
zu steuern, dass der Winkelabstand der Elevation zwischen der physikalischen Richtachse
der Slave-Antenne und der horizontalen Ebene auf einen gegebenen
Elevationswert ALPHA(ELS) gesetzt wird.
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Gemäß einer
oder mehreren Ausführungsformen
der Erfindung kann die Antennenanordnung ferner ein Slave-Antennenumschaltmittel
zum Ändern
oder Umschalten einer Empfangsrichtung der Slave-Antenne umfassen.
Hier kann das Slave-Antennenumschaltmittel zum Durchführen eines
mechanischen Änderns
oder Umschaltens der Richtung der physikalischen Richtachse der
Slave-Antenne ausgelegt sein. Das Slave-Antennenumschaltmittel kann
zum Durchführen
des mechanischen Änderns oder
Umschaltens der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
als so genanntes Stufenverfolgungsumschalten ausgelegt sein. Das
Slave-Antennenumschaltmittel kann auch oder alternativ zum Durchführen eines
elektrischen Änderns
oder Umschaltens der Empfangsrichtung der Slave-Antenne ausgelegt
sein, wobei das elektrische Ändern oder
Um schalten dem mechanischen Ändern
oder Umschalten folgen kann. Es ist bevorzugt, dass das Slave-Antennenumschaltmittel
zum Durchführen
des elektrischen Änderns
oder Umschaltens der Empfangsrichtung der Slave-Antenne unter Verwendung der Strahlumschaltungs-
oder Strahlschiel-Technik ausgelegt
ist.
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Es
liegt innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform, dass die Antennenanordnung
der vorliegenden Erfindung ferner ein Überwachungsmittel zum Überwachen
von einem oder mehreren Signalen, die Informationen tragen, die
Veränderungen
der Empfangssignalstärke
von einem oder mehreren vom Slave-Antennensatelliten übertragenen
Signalen darstellen, während
des Änderns
oder Umschaltens der Empfangsrichtung der Slave-Antenne umfassen kann. Hier kann die
Antennenanordnung ferner ein Steuermittel zum Liefern von einem
oder mehreren Slave-Steuersignalen zur Slave-Antriebsanordnung und/oder
zur Master-Antriebsanordnung umfassen, um dadurch die Bewegung der
Slave-Antenne in Ansprechen auf die Ergebnisse der Überwachung
des Signalstärken-Informationssignals
oder der Signalstärken-Informationssignale,
das bzw. die dem Signal bzw. den Signalen vom Slave-Antennensatelliten
entspricht bzw. entsprechen, zu steuern, wodurch die Richtung der
physikalischen Richtachse der Slave-Antenne geändert wird, um Richtfehler
der Slave-Antenne in Bezug auf den Slave-Antennensatelliten zu verringern.
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Für Ausführungsformen,
in denen die Master-Antriebsanordnung in Bezug auf die Slave-Antenne
starr befestigt ist, kann die Antennenanordnung ferner ein oder
mehrere Steuersysteme umfassen, die zum Liefern von Steuersignalen
zur Master- und zur Slave-Antriebsanordnung ausgelegt sind, um die physikalischen
Richtachsen der Master-Antenne und der Slave-Antenne in derselben
vertikalen Ebene zu fixieren, wodurch, wenn die Master-Antenne mechanisch
bewegt wird, um die Richtung des Azi muts der physikalischen Richtachse
der Master-Antenne zu ändern,
die Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne im
gleichen Grad im Azimut mechanisch geändert wird.
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Die
vorliegende Erfindung deckt auch eine oder mehrere Ausführungsformen
ab, in denen die Slave-Antriebsanordnung zum Rotieren oder Drehen der
physikalischen Richtachse der Slave-Antenne in der Azimutrichtung
unter Verwendung einer Slave-Azimutachse und zum Rotieren oder Drehen
der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne in der Elevationsrichtung
unter Verwendung einer ersten Slave-Elevationsachse ausgelegt ist.
Die Slave-Antriebsanordnung kann ferner dazu ausgelegt sein, die erste
Slave-Elevationsachse durch Drehen der ersten Slave-Elevationsachse
unter Verwendung einer zweiten Slave-Elevationsachse, die senkrecht
zur ersten Slave-Elevationsachse angeordnet ist, in einer im Wesentlichen
horizontalen Position zu halten, wobei die zweite Slave-Elevationsachse
eine Slave-Kreuzelevationsachse ist. Es liegt auch innerhalb einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass die Master-Antriebsanordnung zum
Rotieren oder Drehen der physikalischen Richtachse der Master-Antenne
in der Azimutrichtung unter Verwendung einer Master-Azimutachse
und zum Rotieren oder Drehen der physikalischen Richtachse der Master-Antenne
in der Elevationsrichtung unter Verwendung einer ersten Master-Elevationsachse
ausgelegt sein kann. Die Master-Antriebsanordnung kann ferner dazu
ausgelegt sein, die Master-Azimutachse durch Drehen der Master-Azimutachse
unter Verwendung einer zweiten Master-Elevationsachse, die senkrecht
zur ersten Master-Elevationsachse angeordnet ist, in einer im Wesentlichen
vertikalen Position zu halten, wobei die zweite Master-Elevationsachse
eine Master-Gegenelevationsachse ist. Die Antennenanordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann ferner ein Zensorsystem umfassen, das dazu ausgelegt
ist, Steuersignale zur Slave-Antriebsanordnung zu liefern, um die Drehung
um die zweite Slave-Elevationsachse zu steuern, um dadurch die erste
Slave-Elevationsachse während
einer Bewegung der Antennenanordnung in einer im Wesentlichen horizontalen
Position zu halten. Vorzugsweise kann das Zensorsystem ferner dazu
ausgelegt sein, ein oder mehrere Steuersignale zur Master-Antriebsanordnung
zu liefern, um die Drehung um die zweite Master-Elevationsachse
zu steuern, um dadurch die erste Master-Azimutachse während einer
Bewegung der Antennenanordnung in einer im Wesentlichen vertikalen
Position zu halten.
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Es
liegt innerhalb einer Ausführungsform
der Erfindung, dass die Slave-Antenne
einen Hauptreflektor zum Reflektieren der Slave-Antennensatellitensignale
und eine Speiseeinheit zum Empfangen der reflektierten Slave-Antennensatellitensignale
umfassen kann. Hier kann die Slave-Antenne von der Cassegrain-Art
mit einem Subreflektor, der im Wesentlichen innerhalb des Brennpunkts
des Hauptreflektors angeordnet ist, sein und wobei die Speiseeinheit
im Wesentlichen an der Oberfläche
des Hauptreflektors angeordnet ist. Die Master-Antriebsanordnung
kann zumindest teilweise an einem blinden Fleck der Slave-Antenne
vor dem Subreflektor angeordnet sein.
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Es
ist bevorzugt, dass die zweiten Satellitensignale im zweiten Frequenzband
im X- oder K-Band übertragen
werden. Es ist auch bevorzugt, dass die ersten Satellitensignale
im ersten Frequenzband im L- oder S-Band übertragen werden.
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Es
sollte selbstverständlich
sein, dass die Antennenanordnung der vorliegenden Erfindung auch
ein oder mehrere Ausführungsformen
mit mehreren Slave-Antennen zum Empfangen und/oder Übertragen
von Satellitensignalen von und/oder zu entsprechenden Slave-Antennensatelliten
in entsprechenden Slave-Satellitenbändern abdeckt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein Verfahren zur Satellitenverfolgung gemäß Anspruch
28 geschaffen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung kann dann nach der Anordnung der physikalischen
Richtachse der Slave-Antenne in der ersten Slave-Richtung die Slave-Antennensuchroutine
ferner umfassen:
Ändern
oder Umschalten einer Empfangsrichtung der Slave-Antenne,
während der Änderung
oder Umschaltung der Empfangsrichtung der Slave-Antenne Überwachen
von einem oder mehreren Signalen, die Informationen tragen, die
Veränderungen
der Empfangssignalstärke
von einem oder mehreren vom Slave-Antennensatelliten übertragenen
Signalen darstellen, und
mechanisches Bewegen der Slave-Antenne
in Ansprechen auf die Ergebnisse der Überwachung des Signalstärken-Informationssignals
oder der Signalstärken-Informationssignale,
das bzw. die dem Signal bzw. den Signalen vom Slave-Antennensatelliten entspricht
bzw. entsprechen, wodurch die Richtung einer physikalischen Richtachse
der Slave-Antenne geändert
wird, um Richtfehler der Slave-Antenne in Bezug auf den Slave-Antennensatelliten
zu verringern.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung kann die Anordnung der physikalischen
Richtachse der Slave-Antenne in der ersten Slave-Richtung ferner
auf der Orbitalposition des Master-Antennensatelliten, der Orbitalposition
des Slave-Antennensatelliten und der geographischen Position der
Antennenanordnung basieren.
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Das
Verfahren der Erfindung deckt auch eine oder mehrere Ausführungsformen
ab, wobei die erhaltene Richtung der physikalischen Richtachse der Master-Antenne
als Referenz des Azimuts für
die Anordnung der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
in der ersten Slave-Richtung verwendet wird.
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Es
ist bevorzugt, dass die Anordnung der Richtung der physikalischen
Richtachse der Slave-Antenne in der ersten Slave-Richtung den Schritt der
Anordnung des Winkelabstandes des Azimuts zwischen den physikalischen
Richtachsen der Master-Antenne und der Slave-Antenne bei einem gegebenen
Azimutwert ALPHA(AZ) umfasst. Es ist auch bevorzugt, dass die Anordnung
der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne in der ersten
Slave-Richtung den Schritt der Anordnung des Winkelabstandes der
Elevation zwischen der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
und der horizontalen Ebene bei einem gegebenen Elevationswert ALPHA(ELS)
umfasst. Der gegebene Azimutwert und/oder der gegebene Elevationswert
können vorzugsweise
aus der erhaltenen Richtung der physikalischen Richtachse der Master-Antenne,
der Orbitalposition des Master-Antennensatelliten, der Orbitalposition
des Slave-Antennensatelliten und der geographischen Position der
Antennenanordnung bestimmt werden.
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Das
(die) Verfahren der Erfindung kann (können) ferner eine Anfangssetzroutine
umfassen, die vor der Master-Antennensuchroutine durchgeführt wird,
wobei die Anfangssetzroutine das Fixieren der physikalischen Richtachsen
der Master-Antenne und der Slave-Antenne in derselben vertikalen
Ebene umfassen kann, wobei, wenn die Master-Antenne mechanisch bewegt
wird, um die Richtung des Azimuts der physikalischen Richtachse
der Master-Antenne zu ändern,
die Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne im
gleichen Grad im Azimut mechanisch geän dert wird, wobei die Fixierung
während
der Master-Suchroutine beibehalten wird. Hier kann die Anfangssetzroutine
das Anordnen und Halten der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
in einer im Wesentlichen horizontalen Position umfassen. Die Anfangssetzroutine
kann ferner das Anordnen und Halten der physikalischen Richtachse
der Master-Antenne in einer im Wesentlichen horizontalen Position
umfassen.
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Es
liegt innerhalb einer oder mehrerer Ausführungsformen des (der) Verfahren(s)
der Erfindung, dass das Ändern
oder Umschalten der Empfangsrichtung der Master-Antenne in der Master-Antennensuchroutine
ein mechanisches Ändern
oder Umschalten der Richtung der physikalischen Richtachse der Master-Antenne
umfasst. Das Ändern
oder Umschalten der Empfangsrichtung der Master-Antenne in der Master-Antennensuchroutine kann
auch oder alternativ ein elektrisches Ändern oder Umschalten der Empfangsrichtung
der Master-Antenne umfassen. Das elektrische Ändern oder Umschalten kann
dem mechanischen Ändern
oder Umschalten folgen. Es ist bevorzugt, dass das elektrische Ändern oder
Umschalten der Empfangsrichtung der Master-Antenne eingeleitet wird,
wenn ein oder mehrere Signale, die vom Master-Antennensatelliten übertragen
werden, mit einer gegebenen Signalstärke empfangen werden. Die Master-Antenne kann eine
Array-Antenne sein und das elektrische Ändern oder Umschalten der Empfangsrichtung
der Master-Antenne kann unter Verwendung der Strahlumschaltungs-
oder Strahlschiel-Technik durchgeführt werden.
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Es
liegt innerhalb einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung,
dass das Ändern
oder Umschalten der Empfangsrichtung der Slave-Antenne in der Slave-Antennensuchroutine
ein mechanisches Ändern
oder Umschalten der Richtung der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne
umfasst. Hier kann das mechanische Ändern oder Umschalten der Richtung
der physikalischen Richtachse der Slave-Antenne als so genanntes
Stufenverfolgungsumschalten durchgeführt werden. Das Ändern oder
Umschalten der Empfangsrichtung der Slave-Antenne in der Slave-Antennensuchroutine
kann auch oder alternativ ein elektrisches Ändern oder Umschalten der Empfangsrichtung
der Slave-Antenne umfassen. Das elektrische Ändern oder Umschalten kann
dem mechanischen Ändern
oder Umschalten folgen. Es ist bevorzugt, dass das elektrische Ändern oder
Umschalten der Empfangsrichtung der Slave-Antenne eingeleitet wird,
wenn ein oder mehrere Signale, die vom Slave-Antennensatelliten übertragen
werden, mit einer gegebenen Signalstärke empfangen werden. Das elektrische Ändern oder Umschalten
der Empfangsrichtung der Slave-Antenne
kann unter Verwendung der Strahlumschaltungs- oder Strahlschiel-Technik
durchgeführt
werden.
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Für das (die)
Verfahren der Erfindung ist es auch bevorzugt, dass die Slave-Antenne
einen Hauptreflektor zum Reflektieren der Slave-Antennensatellitensignale
und eine Speiseeinheit zum Empfangen der reflektierten Slave-Antennensatellitensignale
umfasst. Hier kann die Slave-Antenne von der Cassegrain-Art mit
einem Subreflektor, der im Wesentlichen innerhalb des Brennpunkts
des Hauptreflektors angeordnet ist, sein und wobei die Speiseeinheit
im Wesentlichen an der Oberfläche
des Hauptreflektors angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Master-Antenne
an der Master-Antriebsanordnung beweglich befestigt, die zumindest
teilweise an einem blinden Fleck der Slave-Antenne vor dem Subreflektor
angeordnet ist.
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Für das (die)
Verfahren der Erfindung ist es auch bevorzugt, dass die zweiten
Satellitensignale im zweiten Frequenzband im X- oder K-Band übertragen
werden. Es ist auch bevorzugt, dass die ersten Satellitensignale
im ersten Frequenzband im L- oder S-Band übertragen werden.
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Es
sollte selbstverständlich
sein, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren und eine Antennenanordnung geschaffen werden,
die für die
Kommunikation von elektromagnetischen Mehrstrahl-Mehrfrequenzsignalen
verwendet werden können
und die eine Lösung
zum gleichzeitigen Stabilisieren von zwei oder mehr Antennen mit
dem Zweck, gleichzeitig zwei oder mehr vollständig unabhängige Quellen für elektromagnetische
Energie zu verfolgen, die für
die Kommunikation von elektromagnetischen Signalen verwendet werden,
schaffen können.
Die Kommunikation von elektromagnetischen Mehrstrahl-Mehrfrequenzsignalen
der vorliegenden Erfindung kann auf beiden Wegen, d. h. zu und von
allen Antennen, oder nur einem Weg für zumindest eine der Antennen
sein. Ein typisches Beispiel einer Quelle für elektromagnetische Energie
ist ein Satellit mit der Fähigkeit,
ein Funksignal in der Richtung der Position der Antennen zu übertragen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Hybrid-Antennensystem oder eine
Antennenanordnung (Hybrid-EME), das bzw. die sich für den mobilen
Satellitenkommunikationsmarkt und insbesondere den Schifffahrtmarkt
anbietet, ein Antennensystem oder eine Antennenanordnung (Hybrid-EME),
das bzw. die eine simultane Zweiweg- oder nur Einweg-Kommunikation mit zwei oder
mehr Frequenzen in zwei oder mehr Frequenzbändern ermöglicht, geschaffen werden,
was dem Teilnehmer ermöglichen
kann, aus Diensten auszuwählen,
und die Fähigkeit,
niedrigere Kosten für
die Datenübertragung
zu erreichen, verbessern kann. Eine Kommunikationsverbindung sowohl
in der Vorwärts-
als auch Rückwärtsrichtung
kann beispielsweise im L-Band aufgebaut werden, während gleichzeitig
eine abhängige
oder unabhängige
Kommunikationsverbindung in einem anderen Frequenzband, z. B. im
K-Band, aufgebaut werden kann, wobei die K-Band-Verbindung sowohl
eine Vorwärts-
als auch Rückwärtsverbindung
oder nur eine Vorwärtsverbindung
aufweisen kann. Die z. B. L-Band-Kommunikationsverbindung kann über irgendeinen
L-Band-Satelliten in der Hemisphäre,
von dem Ort der Hybrid-EME gesehen, bestehen, und die z. B. K-Band-Kommunikationsverbindung
kann über
irgendeinen K-Band-Satelliten in der Hemisphäre, die von derselben Hybrid-EME
gesehen wird, bestehen, wobei die Hybrid-EME eine geeignete Kombination
z. B. einer L-Band-Antenne und einer K-Band-Antenne sein kann. Das
Hybrid-Antennensystem kann vorzugsweise kostengünstig sein und daher vorzugsweise
in einer einzelnen Kuppel untergebracht sein. Da alle Antennen (typischerweise
zwei) im Hybrid-Antennensystem gleichzeitig die jeweiligen Satelliten
verfolgen können,
liegt es innerhalb einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass der Verfolgungsmechanismus bzw.
die Verfolgungsmechanismen in einer Weise konstruiert ist bzw. sind,
so dass sie verfügbare
Informationen voneinander verwenden. Insbesondere wenn z. B. eine
Antenne einen L-Band-Satelliten
verfolgt (wobei die Verfolgung von Natur aus relativ einfach, sehr
robust, jedoch mit begrenzter Genauigkeit ist), können Informationen von
diesem L-Band-Verfolgungssystem als grobes (aber wahrscheinlich
nicht ausreichend genaues) Verfolgungsmittel für z. B. eine K-Band-Antenne
mit hoher Verstärkung
sehr vorteilhaft verwendet werden, wobei die L-Band-Antenne und die K-Band-Antennen
in einer sehr kostenverringernden Weise zusammen aufgebaut sein
können.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
ein Hybrid-Antennensystem oder eine Antennenanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung keine Informationen von externen Vorrichtungen wie z.
B. einem Schiff, einem Kreiselkompass oder irgendeiner anderen Art
von Kompass oder Sensor erfordern kann. Dieses Merkmal kann eine
einfache und schnelle Installation an z. B. einem Schiff ermöglichen,
mit dem Ergebnis, dass die Installationskosten auf einem Minimum
gehalten werden können.
Ferner kann die ganze Hybrid-EME in einer einzelnen Kuppel untergebracht
werden und vorzugsweise (aber nicht begrenzt darauf) nur ein einzelnes
Koaxialkabel als physikalische Schnittstelle zwischen der EME und
IME erfordern.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genauer
beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1a zeigt
die Prinzipien einer ersten Ausführungsform
eines Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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1b zeigt
eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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1c zeigt
eine Vorderansicht der "Master-Antenne" mit einem Querschnitt
ihrer Kuppel,
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1d zeigt
die Prinzipien der "stabilisierten Plattform", die ein Teil einer
ersten Ausführungsform eines
Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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1e zeigt
die Prinzipien der "anfänglichen Einstellung" der "stabilisierten Plattform" und der "Master-Antenne" und
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1f zeigt
eine Situation des tatsächlichen Betriebs
des vollständigen
Verfolgungssystems.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
Tabelle 1 ist eine Liste von Bezeichnungen und Bezugszeichen gegeben,
die in 1a, 1b, 1c, 1d, 1e und 1f verwendet
werden.
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Tabelle 1. Liste der Bezugszeichen
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- 101
- "Azimut-I-Motor";
- 102
- "Azimut-I-Achse";
- 103
- Kuppel,
die die ganze EME (extern angebrachte Anlage) aufnimmt;
- 104
- geformter
(typischerweise hyperbolischer) Subreflektor für die "Slave-Antenne";
- 105
- geformter
(typischerweise parabolischer) Hauptreflektor für die "Slave-Antenne";
- 106
- Kuppel
für die "Master-Antenne";
- 107
- Speiseanordnung
für die "Slave-Antenne";
- 108
- Vorderste
Stufe für
die "Slave-Antenne";
- 109
- "Elevations-I-Achse";
- 110
- "Kreuzelevationsachse";
- 111
- Unterstützungsstruktur
für die "Slave-Antenne", den Subreflektor
und die vollständige
mechanische Struktur der "Master-Antenne", einschließlich 106;
- 112
- "Gegenelevationsachse" für die "Master-Antenne";
- 113
- "Azimut-II-Achse" für die "Master-Antenne";
- 114
- "Elevations-II-Achse" für die "Master-Antenne";
- 115
- Antennenelement
für die "Master-Antenne";
- 116
- "sich bewegende Plattform" (Teil des Fahrzeugkörpers, z.
B. ein Mast auf einem Schiff);
- 117
- Unterstützungsarm;
- 118
- Doppelachsen-Sensorsystem
mit Schwerkraft als Referenz;
- 119
- "Kreuzelevationsmotor";
- 120
- "Elevations-I-Motor";
- 121
- "physikalische Richtachse
für die
Slave-Antenne";
- 121A
- "physikalische Richtachse
für die
Slave-Antenne",
wenn sich diese in der "anfänglichen
Einstellung" befindet;
- 122
- "physikalische Richtachse
für die
Master-Antenne";
- 122A
- "physikalische Richtachse
für die
Master-Antenne",
wenn sich diese in der "anfänglichen
Einstellung" befindet;
- 123
- "Motor für die Gegenelevationsachse" für die "Master-Antenne";
- 124
- "Motor für die Azimut-II-Achse" für die "Master-Antenne"; 125: "Motor für die Elevations-II-Achse" für die "Master-Antenne";
- 126
- "Master-Antennen"-Strahlschiel-System, das
die Drehung um die Achse 113, 114 und teilweise 102 steuert;
- 127
- "Slave-Antennen"-Strahlschiel-System, das
DELTA-ALPHA(AZ) und DELTA-ALPHA(ELS) steuert; und
- 128
- eine
Projektion von 122 auf die horizontale Ebene.
-
Selbstverständlich sollen
die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung, wie in den anhängenden
Ansprüchen
beschrieben, in vielen anderen Weisen als der in 1a–1f gezeigten
und dargestellten verwirklicht werden können. Die in 1a bis 1f gezeigte
Ausführung
bildet jedoch eine sehr vorteilhafte Konstruktion und Lösung für die Probleme
der Stabilisierung von Antennen mit hoher Verstärkung auf einem kleinen Schiff
in rauer See. Andere Lösungen
und speziell Lösungen,
die eine weniger komplizierte Mechanik beinhalten, können in
weniger anspruchsvollen Anwendungen wie z. B. "mobilen Endgeräten", die in kleinen regionalen Bereichen
der Erde arbeiten und/oder nur einer sehr begrenzten Schiffsbewegung
(Fahrzeugbewegung) ausgesetzt sind, verwendet werden.
-
Das
System der vorliegenden Erfindung kann ein elektromechanisches System,
spezieller die EME eines "mobilen
Endgeräts", sein. Die EME soll auf
einer geeigneten Plattform ("sich
bewegende Plattform" genannt)
eines Fahrzeugs wie z. B. eines Schiffs oder Autos, aber vorzugsweise
auf einem Schiff, installiert werden und kann so ausgelegt sein, dass
sie eine zuverlässige
Mehrkanal-Übertragung zu
und von dem Fahrzeug bietet, selbst wenn dieses Bewegungen wie z.
B. Schlingern, Stampfen, Gieren und Drehen ausgesetzt ist, die durch
eine hohe Amplitude gekennzeichnet sind, so dass sie auf einem Schiff
in rauer See auftreten. Das System kann eine zuverlässige Mehrkanal-Übertragung
ermöglichen, indem
es eine Stabilisierung von mehreren Antennen, vorzugsweise zwei,
bietet, wobei jede Antenne eine Satellitenverfolgungsfunktion durchführt, die
von der (den) anderen unabhängig
sein kann, jedoch in einer solchen Weise, dass eine Antenne (typischerweise
die kleinere Antenne, die im niedrigeren Frequenzband arbeitet)
eine "Master-Antennen"-Funktion durchführt, die
eine grobe, aber dennoch sehr genaue Referenz für die andere(n) herstellen
kann, die nachstehend "Slave-Antenne(n)" genannt wird (werden).
Diese Referenz kann ein schmales "Fenster" hinsichtlich des Azimutwinkels bereitstellen,
in dem die Slave-Antenne(n) ihre eigene ausreichend genaue Verfolgung
durchführen
kann (können),
sobald ihr (ihnen) ein Versatzwinkel ALPHA(AZ) relativ zur Master-Antenne
gegeben wurde. Wenn sich das mobile Endgerät über die Oberfläche der
Erde bewegt, ändert
sich dieser Versatzwinkel. Mittel können vorgesehen sein, um ALPHA(AZ)
periodisch zu aktualisieren und zu optimieren.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung führt
ein elektromechanisches System eine Stabilisierung einer "Master-Antenne" mit niedriger bis
mittlerer Verstärkung
durch, deren Zweck darin besteht, den Empfang und die Übertragung
zu und von einem Satelliten zu ermöglichen, der in einem geeigneten
Frequenzband, z. B. dem L-Band, arbeitet, mit dem Zweck Informationen, z.
B. Sprache und Daten mit niedriger Geschwindigkeit, mit relativ
höheren
Kosten zu übertragen.
Der von der "Master-Antenne" verfolge Satellit
wird der Bequemlichkeit halber "Master-Antennensatellit" genannt. Ferner
führt in
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung ein elektromechanisches System eine Stabilisierung
einer "Slave-Antenne" mit hoher Verstärkung mit
strengen Anforderungen für den
Richtfehler durch. Der Zweck der "Slave-Antenne" besteht darin, den Empfang und die Übertragung zu
und von einem Satelliten zu ermöglichen,
der in einem geeigneten Frequenzband, z. B. dem X- oder K-Band,
arbeitet, mit dem Zweck, Informationen, z. B. Daten, mit hoher Geschwindigkeit
und relativ niedrigen Kosten zu übertragen.
Der von der "Slave-Antenne" verfolgte Satellit
wird der Bequemlichkeit halber "Slave-Antennensatellit" genannt. Da die "Slave-Antenne" typischerweise die
höchste
Verstärkung
besitzt, kann sie von Natur aus auch die höchste technische Herausforderung
hinsichtlich der Stabilisierung darstellen. Das Grundkonzept der
bevorzugten Ausführungsform
besteht darin, die "Master-Antenne" unter Verwendung
der Schritte (1) und (2), wie nachstehend beschrieben, zu stabilisieren
und die "Slave-Antenne" unter Verwendung
der nachstehend beschriebenen Schritte (1), (2) und (3) zu stabilisieren:
- (1) Der Schritt eins besteht darin, eine "stabilisierte Plattform" zu erzeugen, die
mittels Sensoren stabilisiert wird. Diese "stabilisierte Plattform" trägt die physikalische
Struktur sowohl der "Master-Antenne" als auch der "Slave-Antenne". Die "stabilisierte Plattform" kompensiert bestmöglich Fahrzeugbewegungen
wie z. B. Schlingern und Stampfen, kompensiert jedoch nicht eine
Fahrzeugdrehung und -gierung.
- (2) Schritt zwei besteht darin, eine Verfolgungs- und Suchleistung
einer Antenne mit niedriger bis mittlerer Verstärkung zu verwenden, die im L-Band arbeitet. Diese
Verfolgungs- und Suchleistung kann eine Strahlschiel-Technik umfassen, die
für die
tatsächliche
Anwendung optimiert ist. Der L-Band-Antenne mit niedriger bis mittlerer Verstärkung wird
die Rolle einer "Master-Antenne" gegeben, in der
Informationen, die von ihrer Verfolgungsaktivität abgeleitet sind, hinsichtlich eines
absoluten Azimutwinkels als Referenz für die "Slave-Antenne(n)" verwendet werden. Die Verfolgungs-
und Suchleistung der "Master-Antenne" wird durch die Tatsache,
dass sie auf der "stabilisierten
Plattform" angeordnet
ist, wie in (1) beschrieben, drastisch verbessert. Das Ergebnis der
Schritte (1) und (2) sollte sein, dass die "Master-Antenne" stabilisiert wird und stetig die empfangenen
Signale vom "Master-Antennensatelliten" (typischerweise
ein Satellit wie z. B. ein Inmarsat-Satellit, der einen konstanten
modulierten oder unmodulierten Träger im L-Band überträgt) verfolgt.
Die "Slave-Antenne" kann jedoch nicht allein
infolge der Handlungen in Schritt (1) und Schritt (2) stabilisiert
werden. Die Stabilisierung der "Slave-Antenne" kann die nachstehend
in (3) beschriebene weitere Handlung erfordern. (3) Schritt drei
besteht darin, zuerst den tatsächlichen Azimutwinkel
(oder Richtungswinkel) zu verwenden, der von der "Master-Antenne" auf Grund ihrer
Aktivität
bei der Verfolgung des "Master-Antennensatelliten" erreicht wird, zweitens
einen Versatzazimutwinkel ALPHA(AZ) auf der Basis der Kenntnis der
Position des "Master-Antennensatelliten" relativ zum "Slave-Antennensatelliten", der von der "Slave-Antenne" verfolgt wird, einzuspeisen.
Drittens in die "Slave-Antenne" einen Elevationswinkel
ALPHA(ELS), d. h. einen Winkel relativ zu einer horizontalen Ebene,
wie z. B. jener Ebene, die durch die "stabilisierte Plattform" definiert ist, einzuspeisen.
Diese Versatzwinkel steuern die Richtachse der "Slave-Antenne" in eine Winkelposition in oder sehr
nahe der Position, in der die empfangene Sig nalstärke vom "Slave-Antennensatelliten" optimal ist. Als
noch weiteres Mittel zum Optimieren der empfangenen Signalstärke vom "Slave-Antennensatelliten" kann eine Doppelachsen-Strahlschiel-Technik
für die "Slave-Antenne" angepasst werden.
-
Anfängliche
Einstellung der "stabilisierten Plattform" und der "Master-Antenne"
-
1a zeigt
eine Prinzipzeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die "stabilisierte
Plattform" ist ein
Teil der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und ist im Prinzip in 1d gezeigt.
Die Bezeichnung und die Bezugszeichen der verschiedenen Komponenten
sind in Tabelle 1 gegeben.
-
Mit
Bezug auf 1b und 1d umfasst die "stabilisierte Plattform" ein elektronisches
Doppelachsen-Sensorsystem 118, das die Richtung des Schwerkraftvektors
verwendet, um dem "Kreuzelevationsmotor" 119 zu
befehlen, die "Kreuzelevationsachse" 110 in
einer solchen Weise zu drehen, dass die "Elevationsachse" 109 in einer perfekten oder
fast perfekten horizontalen Position gehalten wird, selbst wenn
das Fahrzeug Schlinger- und
Stampfbewegungen mit hoher Amplitude durchführt. Ferner befiehlt das elektronische
Sensorsystem 118 dem "Elevationsmotor" 120, die "Elevationsachse" 109 in
einer solchen Weise zu drehen, dass die "physikalische Richtachse für die Slave-Antenne" 121 in
einer perfekten oder fast perfekten horizontalen Position gehalten
wird, wobei die Position in 1d 121A genannt
ist. Die Position 121A wird selbst dann aufrechterhalten,
wenn das Schiff Schlinger- und Stampfbewegungen mit hoher Amplitude
durchführt. Ferner
befiehlt das elektronische Sensorsystem 118 dem "Motor für die Gegenelevationsachse
für die Master-Antenne" 123 (siehe 1c),
die "Gegenelevationsachse" 112 so
zu drehen, dass die "Azimut-II- Achse" 113 in
einer perfekten vertikalen oder fast perfekten vertikalen Position
gehalten wird, selbst wenn das Schiff Schlinger- und Stampfbewegungen
mit hoher Amplitude durchführt.
-
Die
vorstehend erwähnten
Einstellungen der Achsen 110, 109 und 112 mit
dem Ergebnis, dass die "physikalische
Richtachse für
die Slave-Antenne" 121 in
einer perfekten oder fast perfekten horizontalen Position gehalten
wird und die Achse 113 in einer perfekten oder fast perfekten
vertikalen Position gehalten wird, wird "anfängliche
Einstellung" der "stabilisierten Plattform" genannt. Die Position
(Drehung) der "Azimut-I-Achse" 102 kann
während
des Prozesses der "anfänglichen
Einstellung" beliebig
sein.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Strahlschiel-Technik für die Positionierung
(Stabilisierung) der Azimutrichtung der "Master-Antenne" verwendet, die bereits in der Hinsicht
stabilisiert wurde, dass ihre "Azimut-II-Achse"
113 durch
die "stabilisierte
Plattform" in einer
perfekten oder fast perfekten vertikalen Position gehalten wird.
Die Strahlschiel-Technik, wie z. B. im
US-Pat. Nr. 6 281 839 beschrieben,
das hiermit durch Literaturhinweis mit aufgenommen wird, wird für die tatsächliche
Anwendung optimiert. Diese Optimierung impliziert (ist jedoch nicht
begrenzt auf) die Auswahl einer optimalen Strahlschielrate und die Auswahl
einer optimalen Filterung in einer Detektorschaltungsanordnung.
-
Zusätzlich zur
vorstehend genannten "anfänglichen
Einstellung" der "stabilisierten Plattform" findet eine "anfängliche
Einstellung" der "physikalischen Richtachse
der Master-Antenne" 122 insofern statt,
als die Strahlschiel-Schaltungsanordnung, einschließlich Motorantriebseinrichtungen
für Motoren 124 und 123,
den Motoren 124 und 123 eine Position be fiehlt,
in der die "physikalische
Richtachse für
die Master-Antenne" 122 zur "physikalischen Richtachse für die Slave-Antenne" parallel ist, wenn
diese sich in der "anfänglichen
Einstellung" 121A befindet.
Die vollständige "anfängliche
Einstellung" ist
in 1e dargestellt, in der die "anfängliche
Einstellung" der "physikalischen Richtachse
für die
Master-Antenne" zur
Referenz 122A genannt wird.
-
Die
folgende Erläuterung
geschieht mit Bezug auf 1f. Es
sollte selbstverständlich
sein, dass die Elevation der "physikalischen
Richtachse für die
Slave-Antenne" 121 von
ihrer anfänglichen
Einstellung 121A auf irgendeinen Wert geändert werden kann,
indem ein Elevationswinkel ALPHA(ELS) für die "Slave-Antenne" definiert wird und das Sensorsystem 118 dem
Motor 120 befehlen lassen wird, die "Elevations-I-Achse" 109 in die neue definierte
Elevationsrichtung zu drehen. Das Sensorsystem 118 sollte
die Informationen über
die Richtung der "physikalischen
Richtachse für
die Slave-Antenne" nicht
verlieren, wenn diese sich in der "anfänglichen
Einstellung" 121A befindet,
indem diese Handlung durchgeführt wird.
Es sollte auch selbstverständlich
sein, dass irgendeiner Handlung hinsichtlich einer Drehung der Achse 109 durch
die Steuerung des Sensorsystems 118 der Achse 112 entgegengewirkt
werden sollte, so dass die Achse 113 in jedem Fall in einer
vertikalen Position liegen sollte. Ferner sollte selbstverständlich sein,
dass die Richtung der "physikalischen Richtachse
für die
Master-Antenne" 122 in
der Elevation von ihrer anfänglichen
Einstellung 122A einfach durch Definieren eines Elevationswinkels
ALPHA(ELM) geändert
werden kann, wie in 1f gezeigt. Das Steuersystem 126 sollte
die Informationen über
die Richtung der "anfänglichen
Einstellung" der "physikalischen Richtachse
für die
Master-Antenne" 122A nicht
verlieren. In der bevorzugten Ausführungsform können die
Werte von ALPHA(ELS) und ALPHA(ELM) zwischen 0 und 90 Grad liegen.
Wie durch den Vergleich von 1e und 1f zu
sehen ist, ist der Winkel ALPHA(AZ) die Differenz der horizontalen
Richtung zwischen der "physikalischen Richtachse
der Master-Antenne" 122 und
der "physikalischen
Richtachse der Slave-Antenne" 121.
Ferner ist aus diesem Vergleich zu sehen, dass die "anfängliche
Einstellung" der "stabilisierten Plattform" und der "Master-Antenne" durch ALPHA(AZ),
ALPHA(ELM) und ALPHA(ELS), die alle gleich null sind, charakterisiert
werden kann.
-
Such-
und Verfolgungsfunktionalität
der "Master-Antenne" und "Slave-Antenne" Bei der Vollendung
der "anfänglichen
Einstellung" der "Master-Antenne" und der "Slave-Antenne", wie in 1e gezeigt,
werden die "Master-Antenne" und anschließend die "Slave-Antenne" zum Durchführen einer "Master-Antennensuchroutine" bzw. einer "Slave-Antennensuchroutine" vorbereitet, wodurch
ein Satellit, der durch Übertragen
eines modulierten oder unmodulierten konstanten Trägersignals
mit einer bekannten Frequenz gekennzeichnet ist, gesucht wird, und verfolgen
nach dem Erlangen einer "Satellitenfixierung" den Satelliten.
Die "Master-Antennensuchroutine" ist wie folgt mit
Bezug auf 1f:
- (a1).
ALPHA(ELM) wird auf einen gewissen geeigneten Wert gesteuert, der
gleich ungefähr
der Hälfte
der Strahlbreite von 3 dB des Elevationsmusters der Master-Antenne 115 ist.
- (b1). Das Master-Antennen-Strahlschiel-System 126 befiehlt
dem "Azimut-I-Motor" 101, die
Master-Antenne 115 zu drehen und nach einem Signal vom "Master-Antennensatelliten" suchen zu lassen.
Es ist zu beachten, dass die "Slave-Antenne" auch eine Drehung
(nicht Suche) in diesem Fall durchführt, da ALPHA(AZ) immer noch
null ist.
- (c1). Wenn nach einer vollen Drehung kein Signal gefunden wurde,
wird ALPHA(ELM) zum Erhöhen um
einen Wert gleich ungefähr
der Elevationsstrahlbreite von 3 dB der Master-Antenne 115 gesteuert
und (b1) wird wiederholt.
- (d1). Wenn ein Signal vom "Master-Antennensatelliten" erfasst wird, stoppt
die Drehung um die "Azimut-I-Achse" 102 und
die "Elevations-II-Achse" für die "Master-Antenne" 114 wird
gesteuert, um den Wert von ALPHA(ELM) zu optimieren, so dass eine
maximale Signalstärke
vom "Master-Antennensatelliten" empfangen wird.
Wenn kein Signal vom "Master-Antennesatelliten" erfasst wurde, dann
wird (c1) wiederholt und der Prozess fährt fort, bis ALPHA(ELM) mehr
als 90 Grad minus die Hälfte
der Elevationsstrahlbreite von 3 dB der Master-Antenne 115 ist.
In dieser Weise wurde eine vollständige Abtastung der Hemisphäre durchgeführt; normalerweise
wird ein Signal durch das "Master-Antennen"-Strahlschiel-System 126 vor
der Vollendung dieses Prozesses erfasst. Wenn kein Signal gefunden
wird, dann werden vom System 126 Informationen gegeben,
in welchem Fall es an der Bedienungsperson liegen kann, über die
weiteren Schritte zu entscheiden, oder eine neue Suche bei einer
anderen Frequenz des "Master-Antennensatelliten" automatisch eingeleitet
werden kann.
-
Nach
der Durchführung
einer Suche hat die "Master-Antenne" eine "Satellitenfixierung" erlangt und die
Systeme 126 und 118 stellen sicher, dass ein genaues
Richten der "physikalischen
Richtachse für die
Master-Antenne" 122 aufrechterhalten
wird, und eine Zweiweg- oder nur Einweg-Kommunikationsverbindung über den "Master-Antennensatelliten" wurde aufgebaut.
Wenn eine Zweiweg- oder Einweg-Kommunikationsverbindung über einen "Slave-Antennensatelliten" aufgebaut wird,
kann der folgenden Prozedur gefolgt werden:
- (a2).
Die Orbitalposition des "Slave-Antennensatelliten" muss genau oder
zumindest innerhalb +/– 15
Grad des Orbitalbogens bekannt sein. Die Orbitalposition des "Master-Antennensatelliten" muss bekannt sein
und ebenso die tatsächliche geographische
Position des "mobilen
Endgeräts". Auf der Basis dieser
Informationen können
zwei Winkel berechnet oder aus einer Nachschlagetabelle gefunden
werden, nämlich
ALPHA(AZ) und ALPHA(ELS), wie in 1f definiert.
- (b2). ALPHA(ELS) wird durch das System 118 in der Weise
festgelegt, dass es dem "Elevations-I-Motor" 120 befiehlt,
die Achse 109 auf den korrekten Wert ALPHA(ELS) zu drehen;
es ist zu beachten, dass die "Gegenelevationsachse" für die "Master-Antenne" 112 jederzeit
um denselben Winkelbogen in die entgegengesetzte Richtung gedreht
wird, so dass die Achse 113 jederzeit in einer vertikalen
Position gehalten wird.
- (c2). Der Wert ALPHA(AZ) wird durch Drehen der Achse 102 auf
den Betrag ALPHA(AZ)/2 und gleichzeitiges Drehen, jedoch in der
entgegengesetzten Richtung, der Achse 113 auf den Betrag ALPHA(AZ)/2
eingestellt. In 1f führt diese Drehung von zwei
Achsen zu einer Winkeldifferenz zwischen den Linien 128 und 121A gleich ALPHA(AZ).
Es ist zu beachten, dass die Zeigerichtung der Achse 122 in
den Raum zu keinem Zeitpunkt geändert
wird, d. h. die Verfolgungsleistung der "Master-Antenne" nicht gestört wird.
- (d2). Die Frequenz des modulierten oder unmodulierten Trägers, der
durch die "Slave-Antenne" verfolgt wird, wird
in das System 127 eingegeben. Wenn ein Signal durch das
in 127 enthaltene Empfangssystem erfasst wird, geschieht
die Steuerung der Achsen 109 und 102 immer noch
mittels des Systems 118, jedoch auch mittels des Systems 127 in
der Hinsicht, dass das System 127 zwei Winkelwerte erzeugen
kann, die DELTA- ALPHA(AZ)
und DELTA-ALPHA(ELS) genannt werden, die auf die Werte für ALPHA(AZ) bzw.
ALPHA(ELS) überlagert
werden sollen. Das Ergebnis ist, dass die Richtung der Achse 121 derart
ist, dass ein maximaler Signalpegel durch die "Slave-Antenne" empfangen wird und dass die Verfolgung
des "Slave-Antennensatelliten" hergestellt wurde.
Wenn sich das Fahrzeug über
die Oberfläche
der Erde bewegt, können
sich die Werte von ALPHA(AZ) und ALPHA(ELS) ändern.
-
Weitere Merkmale der bevorzugten
Ausführungsform
-
Die
folgende Erläuterung
erfolgt mit Bezug auf 1b und 1c. Die "stabilisierte Plattform" in einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung kann ferner ein Mittel zum physikalischen Unterstützen der "Master-Antenne", die in einer Kuppel 106 eingeschlossen
ist, die vorzugsweise ein Teil der Unterstützungsstruktur ist, sowie einen
physikalischen Schutz der "Master-Antenne" bietet, umfassen.
Die "Master-Antenne" kann um drei Achsen
gedreht werden, nämlich
eine so genannte "Gegenelevationsachse" 112, eine "Azimut-II-Achse" 113 und
eine "Elevations-II-Achse" 114. Die
Gegenelevationsachse 112 ist vorzugsweise so angeordnet,
dass sie zur "Elevations-I-Achse" 109 parallel
ist, d. h. die Achse 112 wird mittels des Doppelachsen-Sensorsystems 118 in
einer perfekten oder fast perfekten horizontalen Position gehalten.
Ferner kann die Elektronik in 118 eine enge Kopplung zwischen
den Achsen 109 und 112 insofern durchführen, als,
wenn ALPHA(ELS) auf einen Wert zwischen 0 und 90 Grad gesetzt wird,
die Achse 112 exakt um -ALPHA(ELS) Grad gedreht wird, so
dass die "Azimut-II-Achse" 113 für die "Master-Antenne" immer in einer perfekten oder
fast perfekten vertikalen Position gehalten wird.
-
Um
die vorstehend erwähnten
Befehlssignale für
den "Kreuzelevationsmotor" 119 und
den "Elevations-I-Motor" 120 und
den "Motor für die Ge genelevationsachse" 123 zu
erzeugen, ist das Doppelachsen-Sensorsystem 118 vorzugsweise
an der "stabilisierten
Plattform", wie
in 1b gezeigt, in einer solchen Weise angebracht,
dass die Erfassung des Schwerkraftvektors durch Projizieren des
Vektors auf zwei Ebenen, eine Ebene in einem rechten Winkel zur
Achse 110 und eine Ebene in einem rechten Winkel zur Achse 109,
durchgeführt
wird. Die Sensorelektronik misst die Richtung dieser zwei Komponenten
und kompensiert tangentiale Beschleunigungen, die auftreten, wenn
z. B. die EME hoch oben z. B. an einem Mast am Fahrzeug angebracht
ist. Diese Anordnung des Sensorsystems 118 ermöglicht einen Betrieb
der Steuerung der Motoren 119, 120 und daher des
Motors 123 in geschlossener Schleife. Es ist jedoch keine
Abweichung von den Grundprinzipien dieser Erfindung, die Sensorelektronik 118 an
einer Stelle, z. B. in einer festen Position relativ zur Kuppel 103,
zu halten und eine Steuerung der drei Motoren 119, 120 und 123 in
offener Schleife zu verwenden.
-
Weiteres über die
mechanische Struktur der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 1b gezeigt,
besteht ein Abstand DELTA(L) zwischen der "Kreuzelevationsachse" 110 und der "Elevations-I-Achse" 109 und
in herkömmlichen
Konstruktionen wird DELTA(L) auf oder nahe 0 gehalten. Der Zweck
dessen, dass DELTA(L) von 0 verschieden ist, besteht darin, einen Raum
für die
typischerweise ziemlich voluminöse "vorderste Stufe für die Slave-Antenne" 108 und
ihr Speisesystem 107 zu erzeugen und einen Abstand zwischen
der vordersten Stufe 108 und dem Speisesystem 107 so
klein wie möglich
zu halten, mit dem Ergebnis, dass der Speiseverlust auf einem Minimum gehalten
wird, wodurch die erforderliche Sendeleistung auf einem Minimum
gehalten wird. Der Nachteil besteht darin, dass eine be trächtliche
Menge an Ungleichgewicht in der "Kreuzelevationsachse" 110 erzeugt
wird. Es ist ein Teil dieser Erfindung, dass die mechanische Konstruktion
derart sein kann, dass die Nachteile dessen, dass DELTA(L) von null
verschieden ist, zunichte gemacht oder beträchtlich verringert werden.
-
Es
sollte beachtet werden, dass die mechanische Anordnung der "Master-Antenne", die in der Kuppel 106 eingeschlossen
ist und in 1c im Einzelnen gezeigt ist,
nicht die einzige möglich
ist. Die Ausführungsform
der "Master-Antenne" in der vorliegenden
Erfindung besitzt drei Achsen, nämlich 112, 113 und 114.
Eine weitere mögliche
Achsenanordnung besteht aus nur zwei Achsen, einer zur "physikalischen Richtachse
für die
Slave-Antenne" 121 parallelen
plus eine Achse in einem rechten Winkel zu dieser und parallel zum
Antennenelement 115. Diese Anordnung soll als innerhalb
des Schutzbereichs dieser Erfindung betrachtet werden, aber ihr
Nachteil besteht darin, dass sie nicht in demselben Ausmaß von den
Vorteilen der Strahlschiel-Technik der "Master-Antenne" und ihrer Fähigkeit, eine stabile Azimutreferenz
zu erzeugen, profitieren kann.
-
Obwohl
in der obigen Erörterung
die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde,
sollte es selbstverständlich
sein, dass es auch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden
Erfindung liegt, Ausführungsformen,
wie im Folgenden beschrieben, abzudecken:
Ein mobiles Satellitenantennensystem
zur Verwendung in einem Fahrzeug und vorzugsweise einem Wasserfahrzeug
oder Schiff mit: einem Hybrid-Antennensystem
oder einer Antennenanordnung, das bzw. die aus mehreren Antennenelementen
besteht, von denen eines eine "Master-Antenne" ist und das andere
eine oder mehrere "Slave-Antenne(n)" ist, und ferner
mit einer mechanischen Anordnung, die als "stabilisierte Plattform" ge kennzeichnet ist,
wobei die "stabilisierte
Plattform" ein Teil
der elektromechanischen Anordnung zum Stabilisieren der "Master-Antenne" und der "Slave-Antenne(n)" ist, um Funksignale
gleichzeitig über
die "Master-Antenne" und die "Slave-Antenne(n)" empfangen und übertragen
zu können,
selbst wenn das Schiff einer Kombination von Bewegungen, wie z.
B. Schlingern, Stampfen, Gieren und Drehen ausgesetzt wird. Hier kann
die "stabilisierte
Plattform" insofern
ein "erstes Mittel" zum Erreichen einer
Stabilisierung sowohl der "Master-Antenne" als auch der "Slave-Antenne(n)" sein, als sie Schlinger-
und Stampfbewegungen eines Schiffs kompensieren kann.
-
Die "Master-Antenne" kann vorzugsweise auf
der "stabilisierten
Plattform" gebaut
werden und daher keinem oder sehr geringem Schlingern und Stampfen
des Schiffs ausgesetzt werden, und die "Master-Antenne" kann eine Antennenstrahlschiel-Technik
verwenden, die dazu ausgelegt ist, eine sehr genaue weitere Stabilisierung
der Master-Antenne und anschließend
der "Slave-Antenne(n)" zu erzeugen, indem
sie einen genauen Azimutreferenzwinkel erzeugt und Schiffsgieren
und -drehen kompensiert. Hier kann die "Master-Antennen"-Strahlschiel-Technik ein "zweites Mittel" (das das "erste Mittel" ergänzen kann)
zum Erreichen einer Stabilisierung der "Master-Antenne" und der "Slave-Antenne(n)" sein.
-
Die "Slave-Antenne" oder die mehreren "Slave-Antennen" kann bzw. können vorzugsweise
auf der "stabilisierten
Plattform" gebaut
werden und daher keinem oder sehr wenig Schlingern und Stampfen
des Schiffs ausgesetzt werden und kann bzw. können ferner die genaue Azimutreferenzwinkelinformation
von der "Master-Antenne" verwenden und kann
bzw. können
daher keinem oder sehr wenig Gieren und Drehen des Schiffs ausgesetzt
werden und kann bzw. können
vorzugsweise die Doppelachsen-Antennen-Strahlschiel-Technik verwenden,
um die endgültige
genaue Stabilisierung der "Slave-Antenne(n)" zu erreichen. Hier
kann die Strahlschiel-Technik ein "drittes Mittel" (ergänzend zum "ersten Mittel" und zum "zweiten Mittel") sein, um die "Slave-Antenne(n)" zu stabilisieren.
-
Die
vorliegende Erfindung deckt auch ein mobiles Satellitenantennensystem
zur Verwendung in einem Fahrzeug ab, mit: einem Hybrid-Antennensystem
oder einer Antennenanordnung, das bzw. die aus mehreren Antennenelementen
besteht, von denen eines eine "Master-Antenne" und eine oder mehrere "Slave-Antenne(n)" ist. Die "Master-Antenne" ist an einer "stabilisierten Plattform" angebracht, die wiederum
an einer "sich bewegenden
Plattform" angebracht
ist, und ist dazu ausgelegt, ein geeignetes Signal eines geostationären Satelliten
vorzugsweise in oder um das L-Band
oder S-Band und vorzugsweise unter Verwendung der Strahlschiel-Technik zu verfolgen,
und ermöglicht
dabei eine L-Band- oder S-Band-Kommunikation
in einer Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
und erzeugt eine Referenz hinsichtlich der Azimutrichtung ihrer
physikalischen Antennenrichtachse. Hier kann die Referenz des Azimuts
bei der Stabilisierung der Azimutrichtung der "Slave-Antenne(n)" verwendet werden, wobei die Slave-Antenne(n)
dazu ausgelegt sein kann (können),
einen Satelliten der geostationär
ist, oder Satelliten im niedrigen oder mittleren Orbit in irgendeiner
Position in der Hemisphäre
oder in einigen Fällen
nur einem Teil der Hemisphäre
zu verfolgen. Mindestens eine der "Slave-Antennen" kann in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sein, dass sie eine hohe
Verstärkung
aufweist, um eine Datenvorwärts-
und -rückwärts-Verbindungskommunikation
mit hoher Geschwindigkeit zu ermöglichen.
Die stabilisierte Plattform kann unabhängig von den Bewegungen wie
z. B. Schlingern oder Stampfen der "sich bewegenden Plattform", an der die "stabilisierte Plattform" befestigt ist, ideal
oder fast ideal parallel zur horizontalen Oberfläche der Erde gehalten wer den.
Die "sich bewegende
Plattform" kann
ein fester Teil des Fahrzeugkörpers
sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des mobilen Satellitenantennensystems der vorliegenden Erfindung
können
sowohl Master- als auch Slave-Antennen an derselben stabilisierten
Plattform angebracht werden, die zur horizontalen Oberfläche der
Erde ideal oder fast ideal parallel gehalten werden kann. Diese
stabilisierte Plattform kann eine Referenz hinsichtlich eines Elevationswinkels
bilden, die für
die Stabilisierung für
die Master-Antenne und die Slaves verwendet werden kann. Ferner
können
die Slave-Antennen die erweiterte und optimierte Strahlschiel-Technik
für eine
genauere und effizientere feine Stabilisierung verwenden oder nicht.
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Es
sollte selbstverständlich
sein, dass für eine
bevorzugte Ausführungsform
des mobilen Satellitenantennensystems gemäß der vorliegenden Erfindung
keine Informationen von externen Vorrichtungen wie z. B. einem Schiffskreiselkompass
erforderlich sind. Ferner kann die physikalische Schnittstelle zum
Antennensystem vorzugsweise sehr einfach sein und aus nur einem
Koaxialkabel bestehen, um die physikalische Installation des Systems
an einem Fahrzeug relativ einfach und kostengünstig zu machen.
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Durch
eine geeignete Konstruktion einer Ausführungsform des mobilen Satellitenantennensystems
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung an einem Fahrzeug, insbesondere
einem Schiff, kann eine solche Konstruktion einen Betrieb des Systems ermöglichen,
selbst wenn sich das Schiff in rauer See mit Schlingerbewegungen
bis zu +/– 25
Grad oder mehr und einer gleichzeitigen Stampfbewegung bis zu +/– 25 Grad
oder mehr und gleichzeitig einer Gier- und Drehbewegung mit bis
zu 20 Grad pro Sekunde oder mehr bewegt, ohne die Verfolgung von
irgendeinem der durch die Master- und Slave-Antennen verfolgten
Satelliten zu verlieren.
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Für eine Ausführungsform
des mobilen Satellitenantennensystems der Erfindung kann die mechanische
Konstruktion der "stabilisierten
Plattform" derart
sein, dass sie eine vollständige
vorderste Mikrowellenstufe ermöglicht,
die aus HPA, LNA und einem Speisesystem besteht, das in einer optimalen Position
relativ zum Slave-Antennen-Phasenzentrum angeordnet werden soll,
um den Speiseverlust für
die Slave-Antennen-Empfangs- und -Sendesignale zu minimieren und
um die Isolation zwischen diesen Signalen zu verbessern. Die mechanische
Konstruktion der "stabilisierten
Plattform" kann
auch derart sein, dass eine beträchtliche
Menge an Ungleichgewicht um die Hauptazimutachse und Kreuzelevationsachse
selbst während
der Fahrzeugvibration akzeptiert werden kann, und die mechanische
Konstruktion kann eine Isolation der Vibration in der mechanischen
Struktur umfassen, wobei die Isolation das Ungleichgewichtskonzept
ermöglichen
oder verbessern kann und ferner die mechanische Konstruktion der
Master-Antenne als sehr einfach, leichtgewichtig und kostengünstig ermöglichen
oder verbessern kann.