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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System von Phasen-Array-Antennen. Speziell betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Signalabgleich zwischen
individuellen Antennen eines Systems von Phasen-Array-Antennen.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektronische
Kommunikationssysteme verwenden üblicherweise
sowohl zum Übertragen
als auch zum Empfangen von Signalen Antennen. Bisher wurden Antennen
mechanisch bewegt, um ein weites Gebiet zum Senden und Empfangen
von Signalen abzudecken. Jetzt werden in Kommunikationssystemen
Phasen-Array-Antennen bevorzugt wegen ihrer Fähigkeit, die Antenne schnell
in viele unterschiedliche Richtungen elektronisch auszurichten, ohne
die Antenne mechanisch ausrichten zu müssen. Mehrfache Phasen-Array-Antennen mit
unterschiedlichen Orientierungen können benutzt werden für eine weitere
Abdeckung als es eine Antenne allein kann. Signale von den Phasen-Array-Antennen werden einem
Kommunikationsempfänger
zur Verfügung
gestellt. Wo nur ein einziger Kommunikationsempfänger mit mehreren Phasen-Array-Antennen benutzt
wird, muss eine Vorrichtung zum elektronischen Schalten oder Übergeben
des Signals zwischen den mehreren Phasen-Array-Antennen und dem
Empfänger
vorgesehen sein.
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Phasen-Array-Sende-Empfangs-Antennen arbeiten
effektiv über
einen ziemlich weiten Bereich von Steuerwinkeln, einschließend einen
festen Winkel bis zu ungefähr
120°. In
manchen Anwendungsfällen,
besonders wo die Antennen auf einer beweglichen Plattform wie z.
B. einem Flugzeug montiert sind, bewegen sich die Empfangsantennen
relativ zu der Signalquelle. Die Signalquelle kann ein Satellit, ein
anderes Flugzeug oder eine Sende-Empfangs-Bodenstation sein. Eine
rohe Methode des Umschaltens zwischen einer aktiven und einer inaktiven
Phasen-Array-Antenne könnte
sein, einfach die Antennen zu schalten. Um den Leistungsbedarf zu minimieren,
könnte
zu einer gegebenen Zeit typischerweise nur eine Antenne aktiv oder
in Betrieb sein. Sobald der aktive Antennenstrahl gegen seinen Extremwinkel
gesteuert wird, könnte
eine zweite oder benachbarte Antenne elektronisch vorpositioniert werden,
um das ankommende Signal zu empfangen. Die zweite (oder inaktive)
Antenne, die zu der Zeit ausgeschaltet ist, könnte bereit sein, das Zielsignal innerhalb
ihres Abdeckungsbereichs unmittelbar nach dem Einschalten zu verfolgen,
wobei die originale oder aktive Antenne nachfolgend ausgeschaltet wird.
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Am
Punkt der Übergabe
zwischen den zwei Antennen könnte
normalerweise eine Vorbereitungssequenz wie folgt stattfinden: 1)
Die inaktive Antenne wird eingeschaltet, 2) ein Hochgeschwindigkeits-schalter
verbindet die inaktive Antenne und trennt die aktive Antenne, 3)
die aktive Antenne wird abgeschaltet. Diese rohe Methode resultiert
in einem Datenverlust, wenn das übernehmende
(zweite) Antennensignal nicht in Phase ist mit dem übergebenden
Antennensignal, dadurch verursachend, dass der Empfänger zeitweise
den Phasenlock mit dem geschalteten Antennensignal verliert.
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Vor
der Verwendung eines Systems mit Phasen-Array-Antennen muss der
Antennenabstand, die Frequenz des/der Trägersignals/e und der gewünschte Strahlwinkel
(oder mehrfache davon) für das Übergeben
der Signale gewählt
werden. Sobald diese Auswahl getätigt
ist, wird normalerweise eine Schwellwert-Phasenwinkelverschiebung
oder -differenz von 15° oder
weniger zwischen den Antennensignalen angenommen, innerhalb derer
der Phasenlock aufrechterhalten werden kann. Signale, die im Phasenwinkel
weniger als der Schwellwert variieren, liegen innerhalb eines vernachlässigbaren
Phasenfehlergebiets, d. h. einem Gebiet mit einer vernachlässigbaren
Phasenwinkelverschiebung.
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Beim
Schalten zwischen Antennen in einem Kommunikations-system mit mehrfachen
Phasen-Array-Antennen, die sich einen gemeinsamen Empfänger teilen,
kann eine Fehlanpassung der Signalphase oder der Signalamplitude
zwischen den Antennen verursachen, dass der Phase-Lock-Loop (PLL)
des Empfängers
den Phasenlock verliert. Die Antennenübergabe, die zu der Fehlerzeit
stattfindet, erzeugt eine Phasendiskontinuität im Signal, dabei einen wenigstens
zeitlichen Verlust des Phasenlocks verursachend. Information, die
in dem Antennensignal enthalten ist, geht verloren, bis der Empfänger den
Phasenlock wieder herstellen kann. Um die Möglichkeit eines Phasenlockverlustes
zu minimieren, je näher die
Amplitude und die Phase vor dem Umschalten der Antennen angeglichen
sind, desto größer ist
die Chance, den Empfängerlock
aufrecht zu erhalten, wenn die Umschaltung stattfindet. Ein Problem
in existierenden Systemen ist, dass die zwei Antennenstrahlen eine
eng angeglichene Strahlsteuerungssynchronisation und -verzögerung (Laufzeitkompensation)
vor dem Schalten aufrechterhalten können, um den Verlust des Phasenlocks
zu verhindern. Es ist daher ein Verfahren nötig, um signifikante Phasendifferenzen
und einen nachfolgenden Datenverlust des Signals zu verhindern,
wenn die Übergabe
vorbereitet und initiiert wird.
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Eine
gängige
Vorgehensweise zur Verhinderung des Datenverlustes (durch den Verlust
des Phase-Lock) während
der Antennenübergabe
ist die Verwendung von mehrfachen Empfängern und die Durchführung der Übergabe
der demodulierten Signaldaten am Ausgang der Empfänger. Wenigstens zwei
Kommunikationsempfänger
plus zusätzliche Elektronik
zum Speichern und Korrelieren der Vergangenheit des demodellierten
Datenausgangs von jedem Empfänger
werden für
diese Vorgehensweise benötigt.
Diese Vorgehensweise hat hohe Dollar-Gewichts- und Leistungskosten
wegen des/der zusätzlichen
Kommunikationsempfänger/s.
Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren zum Verfügungsteilen einer
Antennensignalübergabe,
die die Menge und daher die Kosten der Anlage, die zum Verfügungstellen
der Signalübergabe
benötigt
wird, reduziert.
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Am
Punkt der Antennenübergabe
wird das Signal von der übergebenden
(aktiven) Antenne abgeschaltet und muss das Signal von der übernehmenden
(inaktiven) Antenne zugeschaltet werden. Das alte und das neue Signal
werden unterschiedliche Amplituden- und Phasenwinkel haben wegen
der Differenzen im Strahlpfad, Strahlwinkel und in den Antenneneigenschaften,
wie oben angegeben. Der Schaltvorgang selbst wird ebenso eine kleine
Unterbrechung oder einen Übergang
hinzufügen.
Wenn diese Unterbrechung oder Diskontinuität klein ist, d. h. klein genug
um den Phaselock im Empfänger
nicht zu unterbrechen, wird das Risiko eines Datenverlustes klein
sein. Es wird daher aus vorhandenen Schalterdesigns ein Schalter
ausgewählt
mit einer Geschwindigkeit, die mit den Empfängeranforderungen übereinstimmt,
d. h. die Schaltgeschwindigkeit darf keinen Verlust des Phasenlock
verursachen. Der Phaselock des Empfängers (PLL) ist normalerweise anfälliger für Phasenänderungen
des Empfangssignals als für
Signalstörungen
durch die Schaltunterbrechung. Es besteht daher Bedarf nach einem
Verfahren zum Durchführen
einer Signalübergabe
zwischen Antennen, worin der Schaltvorgang selbst mit einer ausreichend
hohen Geschwindigkeit durchgeführt
wird, um die Möglichkeit
eines Signalverlustes zu reduzieren.
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Das
Design der Kommunikationsempfänger ist
ebenso ein wichtiger Faktor beim Durchführen der Antennenübergabe
mit kleinem oder ohne Datenverlust. Das Empfängerdesign trägt normalerweise
den drei Quellen der Signalstörung
(Amplitudenänderung,
Phasenänderung
und Schaltübergänge) mit
minimalem oder ohne Datenverlust Rechnung. Das integrierte System,
welches die Antenne und den Empfänger
einschließt,
sollte daher eine geeignete Antwort auf Signalstörungen zur Verfügung stellen
durch Nichtverlieren des Signallocks, durch Wiederherstellen aus
dem Verlust des Signallocks, ohne Daten zu verlieren, oder durch
Wiederherstellen in einer solchen Art und Weise, dass der resultierende
Datenverlust durch das benutzte spezielle Vorwärtskorrekturschema korrigiert
wird. Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren zum Handling
der Phasen-Array-Antennenübergabe,
um die Einwirkung auf das Empfängerdesign
zu minimieren und die Kriterien des Nichtverlustes des Signallocks
zu erfüllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
oben genannten Nachteile und Probleme werden adressiert durch das
Verfahren zum Übergeben
von Signalen von Phasen-Array-Antennen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der Erfindung
wird ein Phasen-Array-Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt,
welches Kommunikationssignale unter Verwendung von mehreren Phasen-Array-Antennen mit
einem Empfänger
empfängt
und demoduliert. Die Kommunikationssignale werden von den Phasen-Array-Empfangsantennen
empfangen, die durch einen Antennencontroller elektronisch gesteuert
werden. Die Antennensignale gehen durch eine Antennenwahlschaltmatrix,
die zwischen den gewählten
Signalen von einer aktiven übergebenden
Antenne und einer inaktiven übernehmenden
Antenne unterscheidet, in den Antennencontroller.
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Innerhalb
des Antennencontrollers werden die zwei Antennensignale (das übergebende
und das übernehmende)
zu einen Phasencomparator geleitet, der die beiden Signale vergleicht
und entsprechend der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen
ein Phasenfehlersignal erzeugt. Wenn eine Übergabe von Signalen erforderlich
wird, wird ein schneller Schalter aktiviert, ein Übergabesteuersignal
von dem Antennencontroller muss anzeigen, dass eine Antennenübergabe
stattfinden soll, was verlangt, dass das Phasenfehlersignal gleich
oder geringer sein muss als der vorgegebene vernachlässigbare
Systemphasenfehler. Der schnelle Schalter führt dann die Übergabeschaltaktion
durch. Weil die Übergabe
stattfindet, wenn eine vernachlässigbare Phasendifferenz
zwischen den beiden Antennen besteht, bleibt der Phasenlock auf
dem geschalteten Signal aufrecht, dabei in einem Nicht- oder Minimalverlust
von Daten aus der Signalübergabe
resultierend.
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In
einer bevorzugten Version der Erfindung wird ein Verfahren zum Übergeben
von Signalen zwischen Paaren von Phasen-Array-Antennen zur Verfügung gestellt,
umfassend die Schritte des zur Verfügung Stellens von wenigstens
zwei Phasen-Array-Antennen,
jede bestimmt als eine übergebende Antenne
und eine übernehmende
Antenne; Verbinden der Phasen-Array-Antennen mit einem Empfänger; Übertragen
eines von der übergebenden
Antenne empfangenen Signals an den Empfänger; Vergleichen des Empfangssignals
der übergebenden
Antenne mit einem Empfangssignal der übernehmenden Antenne, um eine
Phasenwinkelverschiebung zwischen den verglichenen Signalen zu bestimmen; Vorherbestimmen
einer vernachlässigbaren
Phasenwinkelverschiebung; Übergeben
des übernehmenden
Antennensignals an den Empfänger,
wenn die Phasenwinkelverschiebung gleich der vernachlässigbaren
Phasenwinkelverschiebung ist.
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In
einer anderen Version der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Übergeben
von Signalen zwischen Paaren von Phasen-Array-Antennen zur Verfügung gestellt,
während
der Phasenlock aufrechterhalten wird, umfassend die Schritte des
zur Verfügungstellens
von wenigstens zwei Phasen-Array-Antennen, jede bestimmt als eine übergebende Antenne
und eine übernehmende
Antenne; Verbinden der Phasen-Array-Antennen mit einem Empfänger; Übertragen
eines Empfangsignals der übergebenden
Antenne mit einem ersten Phasenwinkel an den genannten Empfänger; Empfangen
eines Empfangssignals der übernehmenden
Antenne mit einem zweiten Phasenwinkel; Vergleich beider Antennenempfangssignale
in einem Phasencomparator; Erzeugen eines Phasenfehlersignals proportional
zu der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Phasenwinkel; Vergleichen
des Phasenfehlersignals in einem Steuerlogikschaltkreis zum Bestimmen
des vernachlässigbaren
Phasenwinkels; und Umschalten des übernehmenden Empfangssignals
auf den Empfänger,
wenn der Phasenfehler gleich dem vernachlässigbaren Phasenwinkel ist.
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In
einer noch anderen Version der Erfindung wird ein Phasen-Array-Antennensystem zur
Verfügung
gestellt, umfassend wenigstens zwei Phasen-Array-Antennen, jede geeignet als eine übergebende
Antenne und als eine übernehmende
Antenne; ein Empfangssignal der übergebenden
Antenne hat einen ersten Phasenwinkel; ein Empfangssignal der übernehmenden
Antenne hat einen zweiten Phasenwinkel; ein Phasenkomparator vergleicht
den ersten und den zweiten Phasenwinkel; ein Phasenfehlersignal,
produziert durch den Phasencomparator, wobei dieses Signal proportional
zu der Differenz zwischen den verglichenen Phasenwinkeln ist; ein Antennencontroller;
ein Empfänger,
der anfangs das Empfangssignal der übergebenden Antenne empfängt; ein
Schalter, der beide Antennen mit dem Empfänger schaltend verbindet; und
wobei der genannte Schalter zwischen den Antennen mittels einer
Antennenwahlschaltmatrix elektronisch kommuniziert, wobei die genannte
Matrix innerhalb des genannten Controllers vorgesehen ist; wobei
der Antennencontroller das Phasenfehlersignal mit einem vorbestimmten
vernachlässigbaren
Phasenfehler vergleicht, und wenn das Phasenfehlersignal gleich
dem vernachlässigbaren
Phasenfehlersignal ist, wird das Empfangssignal der übernehmenden
Antenne auf den Empfänger
geschaltet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden werden durch
die detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen,
worin:
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1 ein
Blockdiagramm ist, welches den Phasencomparator und sein Fehlersignal
zeigt, beide benutzt in einem Antennencontroller der vorliegenden
Erfindung, um Antennensignale umzuschalten;
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2 eine
Draufsicht ist, die typische überlappende
linke und rechte Phasen-Array-Antennen-Überlappungsgebiete
mit einer imaginären
Antennenmittellinie zeigt
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3 eine
Draufsicht ist, die Überlappungsgebiete
der 2 modifiziert, um die Übergabepunkte zu identifizieren,
wo die Trägersignale
aus beiden Antennen in Phase sind
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4 ein
Blockdiagramm der Systemkomponenten mit weiteren Modifikationen
der Antennenüberdeckungsgebiete
zur Verfügung
stellt, dargestellt durch Modifizierung der Ansichten der 2 und 3,
um eine aktive linke Antenne zusätzlich mit Übergabepunkten
auf die rechte Antenne zu identifizieren.
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5 das
Blockdiagramm der 4 zur Verfügung stellt und ebenso eine
aktive rechte Folgestrahlschaltung identifizierend;
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6 ein
Blockdiagramm ist, welches die Antennen-Überdeckungsgebiete für ein anderes
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt mit True-Time-Delay(TTD)-Leitungen im Schaltpfad
zwischen den Phasen-Array-Antennen; und
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7 ein
Blockdiagramm ähnlich
der 1 ist, welches zusätzlich die True-Time-Delay(TTD)-Leitungen
in einem Antennencontroller der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en ist vorwiegend
exemplarischer Natur und ist auf keine Weise bestimmt, die Erfindung,
ihre Anwendung oder ihre Verwendung zu beschränken.
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Weitere
Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden sich
aus der detaillierten, jetzt nachfolgend zur Verfügung gestellten
Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die detaillierte
Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung zeigen, nur zu Illustrierungszwecken vorgesehen sind
und nicht, um den Schutzumfang der Erfindung zu begrenzen.
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Bezug
nehmend auf 1 ist ein Blockdiagramm eines
Antennensystems 2 offenbart, welches das Phasen-Array-Antennen-Übergabesystem
der vorliegenden Erfindung verwendet. Einkommende elektromagnetische
(EM) Signale, die eine Signalquelle 4 bilden, sind als
durch die vielfachen Empfangsantennen empfangen dargestellt. Eine übergebende,
aktive Antenne 6 ist dargestellt, ebenso eine übernehmende
(inaktive) Antenne 8. Die übergebenden und übernehmenden
Antennen-Empfangssignale werden durch erste und zweite Radiofrequenz(RF)-Interfaces 10 und 12 auf
erste und zweite Down-Converter 14 und 16 und
nachfolgend durch Zwischenfrequenz(IF)-Interfaces 18 und 20 auf
eine Antennenwahlschaltmatrix 22 übertragen. Von der Antennenwahlschaltmatrix 22 werden
die Signale über
erste und zweite Schalt-IF-Interfaces 24, 26 auf einen
schnellen Schalter 28 geleitet, der für die Umschaltung der einkommenden
Antennensignalen verantwortlich ist. Von dem schnellen Schalter 28 wird das
Signale der aktiven Antenne durch den Kommunikationsempfänger 30 über die
geschaltete Antennensignalleitung 32 zu dem Phase-Lock-Loop 34 und dem
Demodulator 36 geleitet.
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Vor
der Initiierung eines Umschaltens der einkommenden Signale zwischen
der übergebenden Antenne 6 und
der übernehmenden
Antenne 8 wird der schnelle Schalter 28 aktiviert
und beide einkommende Signale von den Antennen werden über die Phasenkomparatorspeiseleitung 40 bzw.
die Phasenkomparatorspeiseleitung 42 zu dem Phasenkomparator 38 geleitet.
Der Phasenkomparator 38 vergleicht die Phasenwinkel der
beiden einkommenden Signale und ein Phasenfehlersignal wird von
der Phasenkomparatarausgangsleitung 44 zu einem Steuerlogikschaltkreis 46 gesandt.
Wenn zwischen den beiden Signalen eine vernachlässigbare Phasenwinkelverschiebung
entdeckt wird, wird das von der übergebenden
(aktiven) Antenne 6 auf die übernehmende (inaktive) Antenne 8 umzuschaltende
Signal von dem Phasenkomparator 38 über die Phasenkomparatorsignalleitung 50 direkt
zu dem aktivierten schnellen Schalter 28 gesendet.
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Die
vernachlässigbare
Phasenwinkelverschiebung ist ein vorher bestimmter Wert, der eine Funktion
der Systemparameter ist, einschließlich der Signalfrequenz, der
Wellenlänge
und des gewünschten
Strahlschiebewinkels. Für
die vorliegende Erfindung stellt eine Schwellenwertphasenwinkelverschiebung
zwischen den empfangenden Signalen von ungefähr 15° oder weniger ein Fenster zur
Verfügung,
innerhalb dessen der Phasenlock aufrechterhalten werden sollte.
Mit einer geeigneten Anlagenwahl jedoch an ein Schalten bei einer
Phasenwinkelverschiebung bis zu ungefähr 30° erreichbar sein, ohne den Phasenlock
im Empfänger
zu verlieren. Wenn die Phasendifferenz zwischen den übergebenden
und übernehmenden
Antennensignalen sich dem vorgegebenen vernachlässigbarem Phasenwinkelschiebeschwellwert
nähert,
ohne ihn jedoch zu erreichen, d. h. ungefähr 15°; wird das Signal des Phasenkomparators 38 über die
Komparatorausgangsleitung 44 zu dem Steuerlogikschaltkreis 46 gesandt. Der
Steuerlogikschaltkreis 46 stellt das Signal über die
Steuerlogikausgangsleitung 48 dem schnellen Schalter 28 zur
Verfügung,
um die Signale zwischen der übergebenden
Antenne 6 und der übernehmenden
Antenne 8 umzuschalten. Das „geschaltete" Antennensignal wird
danach über
die geschaltete Antennensignalleitung 32 zu dem Kommunikationsempfänger 30 übertragen.
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1 zeigt,
dass mit der Erfindung ebenso eine Mehrzahl von Empfangsantennen
verwendet werden kann. Die Antennenwahlschaltmatrix 22,
der schnelle Schalter 28, der Phasenkomparator 38 und der
Steuerlogikschaltkreis 46 sind alle in einem Antennencontroller 52 untergebracht.
Der Antennencontroller 52 stellt Steuersignalleitungen 54 und 56 zur
Verfügung,
um die übergebende
Antenne 6 bzw. die übernehmende
Antenne 8 elektronisch zu steuern.
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Bezug
nehmend auf 2 sind Antennenstrahlüberdeckungsgebiete
von zwei überlappenden Empfangsantennen
dargestellt. Das Überdeckungsgebiet
jeder Antenne beträgt
typischerweise ungefähr
120°. Eine
imaginäre
Mittellinie „A" halbiert die Strahlüberdeckungsüberlappungsgebiete
der beiden Antennen auf einer Linie, die das Phasenzentrum jeder
Antenne verbindet. Ein elektromagnetisches (EM) Fernfeldsignal,
beispielsweise von einem Satelliten, empfangen aus der Richtung
der Mittellinie A, hat eine gleiche Pfadlänge zu beiden Antennenphasenzentren.
In dieser Situation sind die beiden Antennenausgänge in Phase. Wenn die Antennenausgänge in diesem
Punkt geschaltet werden, gibt es keine Phasendiskontinuität in dem
geschalteten Ausgangssignal, welches zu dem Empfänger geht, und der Phase-Lock-Loop
(PLL) des Empfängerdemodulators
wird den Phasenlock nicht verlieren.
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Bezug
nehmend auf 3 werden, sobald die Richtung
des ankommenden EM-Signals sich von der Mittellinie A weg bewegt,
die Signalpfadlängen
von der EM-Signalquelle
zu den Phasenzentren jeder Antenne zunehmend ungleich. Jedoch, immer wenn
die Pfaddifferenz gleich einem mehrfachen der Trägerwellenlänge λc ist,
werden die Trägerkomponenten
der beiden Signale in Phase sein. Dies stellt eine Möglichkeit
zum Schalten der Antennensignale bei speziellen Außerachsewinkeln,
korrespondierend mit jeder Pfadlängendifferenz
nλc wie dargestellt, zur Verfügung.
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Bezug
nehmend auf die 4 und 5 kann durch
Umschalten bei Winkeln rechts und links der Mittellinie A (3)
Hysterese in den Umschaltprozess eingeführt werden, um Stabilität zu erreichen.
Als ein beispielhafter Betrieb in einem von links nach rechts Antennenumschaltszenario
zeigt 4 die Situation genau vor dem Umschalten und 5 zeigt
die Situation genau nach dem Umschalten. Sobald die Richtung des
Empfangssignals B sich in 4 von links
nach rechts bewegt, nähert
sie sich dem vorbestimmten Übergabewinkel
C, der mit einem der Übergabewinkel
nλc korrespondiert, dargestellt rechts der
Mittellinie in 3. Wenn die Richtung des Signals
W durch den Übergabewinkel
C, wie in 5 dargestellt, passiert, findet
die Übergabe statt
und der neue Winkel für
die nächste Übergabe ist
jetzt bei D links der Mittellinie, Hysterese liefernd. Bei jedem
Auftreten einer Übergabe
wechselt der nächste Übergabepunkt
automatisch zu der entgegengesetzten Seite der Mittellinie A. Für ein gegebenes
System könnte
der Hysteresewinkel, der mit 2(nλc) korrespondiert, ein vorgegebener Parameter
in einem Übergabealgorithmus
eines Antennencontrollers sein.
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Obwohl
die Übergabe
bei Winkeln entsprechend Vielfachen von λc, insbesondere
nλc, wobei „n" den Vervielfacher darstellt, keine
Phasendiskontinuität
in der Trägerkomponente
des geschalteten Signals, welches zu dem Empfänger geht, erzeugt, erzeugt
der wachsende Hysteresewinkel eine wachsende Phasenverschiebung
in der Modulationskomponente des Signals. Das demodulierte Basisbandsignal
muss durch einen Taktwiedergewinnungsprozess gehen, der einen anderen
PLL beinhaltet. Schalten des Antennensignals, wenn die Antennenpfadlängen durch
nλc ungleich sind, wird eine sofortige Phasenverschiebung
in das Basisbandsignal einführen,
das den Tatkwiedergewinnungs-PLL aus dem Phasenlock bringen könnte. Diese
Phasenverschiebung ist proportional zu dem Verhältnis nλc/λb,
wobei λb das Basisbandsymbol ist. Solange nλc wesentlich kleiner
als λb ist, d. h. unter etwa 3%, sollte der Taktwiedergewinnungs-PLL
den Phasenlock nicht verlieren.
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Es
ist wichtig, nur die minimal nötige
Hysterese einzuführen,
d. h., das „n" in nλc so
klein wie möglich
zu halten, so dass für
einen gegebenen Antennenabstand Trägerfrequenz und Modulationsbandbreite
die resultierende Basisbandphasenverschiebung vernachlässigbar
wird und den Basisbandtaktwiedergewinnungs-PLL daran hindert, den Phasenlock
zu verlieren, wenn die Antennensignale geschaltet werden.
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Das
vorangegangene Verfahren ist insbesondere effektiv zum Steuern der
Antennenübergabe bei
Schmalbandmoden. Für
Breitbandmoden wird hier eine andere Version der Erfindung zur Verfügung gestellt.
Bezug nehmend auf die 6 und 7 werden
Zeitverzögerungsleitungen
in den Zwischenfrequenz-(IF)-Signalpfad eingeführt. In dieser Version ist
die Übergabeleistung
bestimmt durch die Leistung der True-Time-Delay(TTD)-Leitungen. Die Trennung
der Antennen und der Betrag der gewünschten Hysterese bestimmt
den TTD-Bereich, während
die Trägerfrequenz
die TTD-Verzögungsschritte
bestimmt. 7 ist primär basierend auf der Ausrüstung und
der Methodologie von 1, somit sollen im weiteren
nur die Unterschiede zu 1 diskutiert werden.
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Im
Betrieb, wenn sich die Antennensignalrichtung dem rechten Übergabepunkt
C annähert, kann
ein TTD-Modul 58 für
die übergebende
Antenne mittels der gesteuerten Verzögerungsleitung 60 für eine Null-Verzögerung programmiert
werden. Ein TTD-Modul 62 für die übernehmende Antenne kann mittels
der gesteuerten Verzögerungsleitung 64 für eine Verzögerung gleich
der Differenz in der Signalpfadlänge
der beiden Antennen bei dem bestimmten Hysteresewinkel programmiert
werden. Am Übergabepunkt
C signalisiert der Phasencomparator 38 die Übergabeschaltaktion.
Wie in 6 dargestellt, arbeitet dieser Betrieb auch in
der umgekehrten Richtung, wobei das TTD-Modul 62 als die übergebende Antenne
programmiert wird, das TTD-Modul 58 als die übernehmende
Antenne programmiert wird und die Übergabe am Übergabepunkt D sein wird.
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In
dieser Version findet die Übergabe
ohne Phasenverschiebung statt, weil die Signalverzögerungen
in beiden Antennensignalpfaden angeglichen sind. Unmittelbar nach
der Übergabe
jedoch ist eine Verzögerung
in dem übernehmenden
Antennensignalpfad, die zur Vorbereitung für die nächste Übergabe in der umgekehrten
Richtung beseitigt werden muss. Beide TTD werden durch den Steuerlogikschaltkreis 46 gesteuert,
der schrittweise aber schnell die Verzögerung gegen 0 zurückführen muss, bevor
die nächste Übergabe
stattfindet. Eine beispielhafte Zurückführung kann in Schritten von
10 Millisekunden durchgeführt
werden. Die TTD-Verzögerungsschrittgröße sollte
für eine
angenommene IF- Frequenz
kleiner sein als ungefähr λIF/30,
um die Entstehung einer Phasenverschiebung zu vermeiden, die den
Empfängerdemodulator-PLL
aus dem Phasenlock ziehen könnte.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist im wesentlichen beispielhafter Natur
und somit sollen Variationen, die nicht aus dem Schutzumfang der
Erfindung heraus führen,
als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend angesehen
werden. Derartige Variationen sollen nicht als außerhalb
des Geistes und Bereichs der Erfindung liegend betrachtet werden.
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Obwohl
normalerweise ein Phasenfehlerschwellwert von ungefähr 15° oder weniger
angenommen wird, innerhalb dessen der Phasenlock aufrechterhalten
werden sollte, kann dieser Wert erhöht werden, wenn weitere Fortschritte
in der Technik vorliegen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Praktische
Mikrowellenschalter mit Schaltzeiten bis herunter zu ungefähr einer
Nanosekunde (nsec) sind handelsüblich.
Die Schaltoperation kann in einem Verlust des Phasenlocks enden
und in einigen Anwendungsfällen
in einem nachfolgenden Datenverlust wegen der Schaltgeschwindigkeit.
Der verwendete Schalter ist teilweise eine Funktion der verwendeten
Schaltgeschwindigkeit und des verwendeten Empfängers. Die Verwendung eines
Schalters, der unterhalb etwa einer nsec arbeiten kann, führt nicht
aus dem Geist und Sinn der Erfindung heraus.
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Der
Verlust von Daten während
der Übergabe
kann in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung ebenso durch die Wahl des Datenübertragungsprotokolls
verhindert werden. Beispielsweise sind Netzwerkprotokolle wie z.
B. das Transmissions-Control-Protokoll
(TCP) tolerant gegenüber
Datenverlusten wegen der eingebauten Forderung einer Datenverifikation
(oder „Wiederübertragung
bis erfolgreich").
Ebenso stellen Datenübertragungsformate, die
vorbestimmte oder erkennbare „Lücken" zwischen den Datenblöcken oder
-nachrichten haben, eine andere Möglichkeit zur Verfügung, durch
Synchronisieren der Antennenübergabe
mit den „Lücken" oder Grenzen zwischen
den Datenbursts Datenverlust während
der Übergabe
zu vermeiden. Ein Beispiel dieses Formattyps ist das Funkfernsehen, das
eine ansehnliche vertikale Austastlücke hat. Die Verwendung von
Datenübertragungsprotokollen
in Verbindung mit dem Verfahren dieser Erfindung führt nicht
aus dem Sinn der Erfindung heraus.
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Die
Erfindung stellt die Vorteile zur Verfügung von:
Einem Phasen-Array-System,
das mehrere Antennen aber nur einen einzigen Empfänger verwendet, ein
Verfahren zum Schalten zwischen mehreren Phasen-Array-Antennen,
während
der Phasenlock auf dem Signal in dem Phase-Lock-Loop des Empfängers aufrecht
erhalten wird, ein Verfahren zur Verwendung von True-Time-Delay-Leitungen
in einem Vielfach-Phasen-Array-Antennensystem mit einem Empfänger zum
Umschalten zwischen einer aktiven Antenne und einer inaktiven Antenne,
während
der Empfänger-Phasenlock
aufrechterhalten bleibt und eine Energieverbrauchssteuerung durch
Verwenden nur einer Antenne, die zu einem Zeitpunkt eingeschaltet
ist.