DE69320313T2

DE69320313T2 - Antennensystem mit Wendelantennen

Info

Publication number: DE69320313T2
Application number: DE69320313T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawasaki-Shi 216 Fujimoto; Ali F-67000 Strasbourg Louzir
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Vantiva SA
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-11-12
Also published as: ES2121913T3; CN1036962C; DE69320313D1; CN1089397A; JP3481282B2; JPH06237111A; US5444455A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antennensystem unter Verwendung einer Wendelantenne für den Empfang von Hochfrequenzen und insbesondere für den Empfang von Mikrowellen.
Eine Wendelantenne besteht aus einem einzelnen Leiter oder aus mehreren Leitern, die zu einer Wendelform gewickelt sind. Neben einigen anderen möglichen Modi wird eine Wendelantenne normalerweise in einem sogenannten Axialmodus oder einem Normalmodus betrieben. Der Axialmodus bewirkt maximale Ausstrahlung entlang der Wendelachse, die sich ergibt, wenn der Umfang der Wendel in der Größenordnung von einer Wellenlänge liegt. Der Normalmodus, der eine Abstrahlung zur Seite der Wendelachse bewirkt, tritt dann auf, wenn der Wendeldurchmesser klein relativ zu einer Wellenlänge ist. Für die Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Axialmodus von besonderem Interesse.
Die Anwendung von Wendelantennen für Antennensysteme ist weithin bekannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent 3 184 747 eine koaxial eingespeiste Wendelantenne, die eine Direktorpiatte zwischen dem Einspeisepunkt und der Wendel aufweist, die eine Endausstrahlung in Richtung der Platte bewirkt. In diesem US-Patent werden die Abmessungen der Wendel für ein derartiges Antennensystem angegeben.
Aus der US 4 494 117 ist außerdem ein Antennensystem für den Empfang elektromagnetischer Strahlung aus einer oder mehreren Richtungen bekannt, wobei jede dieser Strahlungen unterschiedliche Polarisationsrichtungen haben kann.
Die US 4 742 359 zeigt ein Antennensystem, das eine Wendelantenne mit zwei Enden verwendet, wobei das erste Ende mit einer Speiseleitung verbunden ist. Für die folgende Erläuterung wird vorausgesetzt, daß die Speiseleitung in einer Linie liegt mit der Achse der Wendelantenne. Eine derartige Wendelantenne kann als eine sogenannte Endstrahl-Wendelantenne ausgebildet sein, wobei unter Bedingungen maximal empfangener Leistung der Signalleistungsfluß an dem ersten Ende in derselben Richtung liegt wie die empfangene Strahlung. Eine derartige Wendelantenne kann auch als sogenannte Rückstrahl (backfire)-Wendelantenne ausgebildet sein, wobei unter den Bedingungen maximal empfangener Leistung die Richtung des Signalleistungsflusses an dem ersten Ende in der entgegengesetzten Richtung liegt zu der empfangenen Strahlung.
In dem genannten US-Patent ist ein Antennensystem dargestellt, das einen Reflektor und eine primäre Wendelantenne enthält, die eine Spule mit einem Paar von Enden aufweist, wobei die Spule an dem Brennpunkt des Reflektors liegt, so daß die Achse der Wendelantenne im wesentlichen mit der Achse des Reflektors zusammenfällt. Eine Speiseleitung verbindet das Antennensystem mit einer externen Schaltung, so daß die primäre Wendelantenne eine Rückstrahl-Wendelantenne darstellt, die an dem dem Reflektor näheren Ende mit der Speiseleitung verbunden ist, wobei das andere Ende der Wendelantenne frei ausläuft und die Speiseleitung durch ein Koaxialkabel gebildet wird.
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 92/13373 ist es ferner bekannt, eine oder mehrere wendelförmige Speiseleiter zusammen mit einer dielektrischen Linse anzuwenden. Dadurch können Signale aus verschiedenen Richtungen gleichzeitig empfangen werden.
In dem Axialmodus empfängt eine wie eine rechtsgängige Schraube gewickelte Wendel eine rechtsgängige Zirkularpolarisation, während eine wie eine linksgängige Schraube gewickelte Wendel eine linksgängige Polarisation empfängt. Das bedeutet, daß bekannte Systeme zum Empfang von unterschiedlichen Zirkularpolarisationen zwei oder mehrere Wendeln aufweisen. Für den Empfang einer linearpolarisierten Strahlung verwenden bekannte Systeme zwei oder mehrere Wendeln, die in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind. Diese Wendeln können nebeneinander liegen oder in Reihe geschaltet sein.
Ein deratiges bekanntes Antennensystem tür den Empfang unterschiedlicher Polarisationen ist ziemlich voluminös Wenn derartige Speiseleiter zusammen mit Bündelungsmitteln verwendet werden, zum Beispiel einem Parabolreflektor, einer dielektrischen Linse oder dergl., muß die Wendelantenne oder genauer ihr Phasenmittelpunkt für jede Polarisationsrichtung mit dem Brennpunkt der Bündelungsmittel zusammenfallen. Die Verwendung von zwei getrennten Wendeln ist manchmal im Hinblick auf den Verstärkungsverlust und/oder die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden entgegengesetzt polarisierten Wendeln aufgrund einer unvermeidbaren Defokussierung und Nähe nicht akzeptabel.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes Antennensystem zum Empfang von mehreren elektromagnetischen, vorzugsweise Mikrowellen-Signalen, mit vier unterschiedlichen, wählbaren Polarisationen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Antennensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung kann die Polarisation, linksgängig-zirkular, rechtsgängig-zirkular oder linear, eines zu empfangenen Signals dadurch geändert werden, daß ein entsprechendes Ende einer als Wendelantenne verwendeten Spule an eine Speiseleitung angeschlossen wird.
Wenn eine erste Zirkularpolarisation, zum Beispiel rechtsgängig, empfangen werden soll, arbeitet die Wendel im Axial-Endstrahl-Modus. Zum Empfang der entgegengesetzten Zirkularpolarisation ist die Wendel so geschaltet, daß sie im Axial-Rückstrahl-Modus arbeitet.
Das hat den Vorteil, daß für ein Antennensystem gemäß der Erfindung nur eine Wendel benötigt wird. Dadurch können die Phasenmittelpunkte der beiden entgegengesetzten Zirkularpolarisationen sehr nahe beieinander liegen, im Idealfall zusammenfallen, und die oben genannten Probleme bei den Systemen nach dem Stand der Technik können vermieden werden.,
Weitere Merkmale, Vorteile und Details der Erfindung werden anhand der Zeichnung an den folgenden Ausführungsformen erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine bevorzugte Ausführungsform
In der Figur fokussiert ein Reflektor 10, der parabolisch oder dergl. ausgebildet sein kann, eine ankommende (nicht dargestellte) Strahlung an seinem Brennpunkt. Entlang der Achse des Reflektors 10 und im Bereich seines Brennpunktes ist eine Wendel 11 vorgesehen, die als in Form einer Spule gewickelter Leiter ausgebildet ist, mit einer Wendellänge von ungefähr Lambda, wobei Lambda die Wellenlänge der zu empfangenen Strahlung ist. Die Wendel 11 hat ein erstes Ende 12. Der Abstand zwischen diesem Ende und dem Reflektor 10 ist abhängig von f/D, worin f die Brennweite des Fokussiersystems, hier des Reflektors 10, und D der Durchmesser dieses Fokussiersystems ist.
Ein zweites Ende 13 der Wendel 11 liegt weiter weg von dem Reflektor 10 als das erste Ende 12. Das erste Ende 12 der Wendel 11 kann über ein erstes Schaltelement 14 mit einem Innenleiter 15 einer Speiseleitung 16 verbunden sein. Das zweite Ende 13 kann über ein zweites Schaltelement 17 mit dem Innenleiter 15 verbunden sein. Es ist ein Phasenschieber 18 vorgesehen, um in dem mittleren Bereich der Wendel 11 eine Verbindung zwischen dem Innenleiter 15 und dem Außenleiter 16a der Speiseleitung 16 zu bilden.
in dieser Ausführungsform sind die Schaltelemente 14 und 17 als Schaltdioden ausgebildet. Es sei bemerkt, daß alle anderen Arten von Schaltern denkbar sind, wie Relays, Transistoren usw.. Der Phasenschieber 18 ist in dieser Ausführungsform durch einen Phaseneinsteller in Form einer Durchlaßdiode ausgebildet. Es sei bemerkt, daß auch andere Arten von Phaseneinstellern möglich sind.
Die Schaltelemente werden durch Steuersignale S1, S2 gesteuert, und der Phasenschieber wird durch ein Signal S3 gesteuert. Diese Signale S1, S2, S3 werden von einer elektronischen Steuerschaltung 19 geliefert, die entsprechende informationen von einem Eingangsgerät 20 empfängt. Zwischen der Steuereinheit 19 und den Elementen 14, 17, 18 sind Filter 21 vorgesehen, die die durch die Wendel 11 empfangenen Signale von der Steuereinheit 19 entkoppeln.
Die durch die Wendel 11 empfangenen Signale werden über die Speiseleitung 16 weiteren elektronischen Bauteilen zugeführt, die durch den Block 22 angedeutet sind und einen rauscharmen Konverter (LNC = bw noise converter), Mischer, Oszillatoren, Verstärker und dergl. enthalten können und die Informationen der empfangenen Signale derart verarbeiten, daß entsprechende Tonwiedergaben und/oder Bilder erzeugt werden.
Am Ende. der Wendel 11 ist ein flacher Reflektor 23 vorgesehen, der als eine Platte mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr
1/2 Lambda bis 3/4 Lambda
ausgebildet ist.
Ein Direktor 24 mit einem Durchmesser von ungefähr 1/3 Lambda ist zwischen der Wendel 11 und dem Parabol reflektor 10 vorgesehen. Der Reflektor 23 und der Direktor 24 können zum Beispiel auch als eine rechteckförmige Platte oder dergl. ausgebildet sein.
Wie in der Figur angedeutet, ist die Wendel rechtsgängig gewickelt. Für die Erklärung der Wirkungsweise der Anordnung der Figur kann die folgende Tabelle 1 nützlich sein. Tabelle 1
wobei
R H C P : rechtsgängige Zirkularpolarisation
L H C P : linksgängige Zirkularpolarisation
V L P : vertikale Linearpolarisation
H L P : horizontale Linearpolarisation
Was die zu empfangende Polarisation betrifft, soll folgendes erwähnt werden. Die Richtung einer Zirkularpolarisation einer zu empfangenden Strahlung wird durch jede Reflexion, zum Beispiel an dem Parabolreflektor 10, invertiert. Das bedeutet, daß eine ungerade Anzahl von Reflexionen eine entgegengesetzte Zirkularpolarisation und eine gerade Zahl von Reflexionen eine Polarisation in der ursprünglichen Richtung bewirkt.
Für den Empfang einer Zirkularpolarisation, RHCP bzw. LHCP, ist die durch den Phasenschieber 18 bewirkte Phasenschiebung nicht relevant. Das bedeutet, daß jeder Zustand der Phasenschiebung verwendet werden kann. Für den Empfang einer Zirkularpolarisation werden nur zwei diskrete Zustände der Phasenschiebung, +90º bzw. 90º, benötigt. Diese Zustände werden durch die körperlichen Parameter des Phasenschiebers 18 bestimmt und sind durch ein Steuersignal auswählbar, das eine Gleichspannung mit entsprechenden Werten sein kann.
Das in der Figur dargestellte Antennensystem kann zum Beispiel für den Empfang von von einem Satelliten gesendeten Fernsehsignalen eingesetzt werden. Wenn der Betrachter Fernsehsignale mit einer ersten Zirkularpolarisation auswählen möchte, gibt er eine entsprechende Information über das Eingangsgerät 20 ein, das ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 19 liefert. Diese steuert die Elemente 14, 17, 18 derart, daß das Schaltelement 14 "ein" und das Schaltelement 17 "aus" ist. Dadurch ist das erste Ende 12 der Wendel 11 mit dem Innenleiter 15 verbunden, die Wendel 11 arbeitet im Axial-Rückstrahl-Modus, und es wird vorzugsweise eine Strahlung mit einer ersten Zirkularpolarisation, zum Beispiel linksgängig, empfangen.
Für den Empfang der entgegengesetzten Zirkularpolarisation, zum Beispiel rechtsgängig, ist das Schaltelement 14 "aus", und das Schaltelement 17 ist "ein". Dadurch arbeitet die Wendel im Axial-Endstrahl-Modus, und es kann die linksgängige Zirkularpolarisation empfangen werden.
Für den Empfang von Signalen mit Linearpolarisation werden beide Schalter 14, 17 derart gesteuert, daß sie "ein" sind. Dadurch werden der Axial-Endstrahl-Modus und der Rückstrahl-Modus gleichzeitig mit gleicher Amplitude angeregt. Die Kombination der beiden orthogonalen Zirkularpolarisation resultiert in einer auf den Reflektor 10 gestrahlten Linearpolarisation.
Die Richtung dieser resultierenden Strahlung ist durch einen Phasenunterschied zwischen den beiden Zirkularpolarisationen festgelegt. Dieser Phasenunterschied wird mittels des Phasenschiebers 18 gesteuert, der in dieser Ausführungsform als Durchlaßdiode ausgebildet ist.
Versionen der beschriebenen Ausführungsformen können wenigstens eine der folgenden Abwandlungen enthalten:
- anstelle der Schalter 14, 17 kann eine feste Verbindung zwischen den Enden 12, 13 der Wendel 11 und dem Innenleiter 15 vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, jede Art von Signalen mit Linearpolarisation zu empfangen, nämlich vertikal (VLP) oder horizontal (HLP);
- wenn der Empfang nur einer Zirkularpolarisation gefordert wird, kann ein Antennensystem ohne den Phasenschieber 18 ausgebildet sein;
- anstelle der Verwendung des Parabolreflektors 10 können andere Mittel zum Bündeln einer zu empfangenden Strahlung verwendet werden. Eine derartige Bündelung kann durch Beugung, Brechung und/oder Reflexion erreicht werden. Ein bevorzugtes Bündelungsmittel mit Brechung ist eine dielektrische Linse, die eine sphärische oder hemi-sphärische Lüneburg-Linse oder dergl. sein kann. In diesen Fällen können eine oder mehrere Wendeln vorgesehen sein, die in dem Bereich des jeweiligen Brennpunktes liegen.

Claims

1. Antennensystem für den Empfang einer elektomagnetischen Strahlung aus einer oder mehreren Richtungen, wobei jede Strahlung unterschiedliche Polarisationsrichtungen haben kann und das Antennensystem Bündelungs-Mittel (10) und eine oder mehrere Wendelantennen (11) aufweist, von denen jede in dem Bereich vorgesehen ist, in dem die jeweilige Strahlung durch die Bündelungsmittel (10) fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Streuerschaltung (19) durch zwei Steuersignale (S1, S2) zwei Schaltelemente (14, 17) steuert, um dadurch entweder das obere Ende oder das untere Ende der Wendelantenne für die Auswahl der orthogonalen Zirkularpolarisationen mit einem Empfänger zu verbinden, und daß

die Steuerschaltung (19) mittels der zwei Steuersignale (S1, S2) die beiden Schaltelemente (14, 17) steuert, um dadurch beide Enden der Wendelantenne (11) miteinander zu verbinden, und mittels eines dritten Steuersignais (53) einen Phasenschieber (18) steuert, um dadurch zwei diskrete Phasenverschiebungszustände zwischen den beiden kombinierten Signalen von den beiden Enden der Wendelantenne (11) für die Auswahl der orthogonalen Linearpolarisationen einzuführen.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (14, 17) durch die Steuereinheit (19) gleichzeitig ansteuerbar sind, wodurch eine Strahlung mit einer Linearpolarisation empfangen werden kann, und daß ein Phasenschieber (18) vorgesehen ist, der durch die Steuereinheit (19) ansteuerbar ist und mit dem die Richtung der Linearpolarisation, zum Beispiel horizontal oder vertikal, wählbar ist.

3. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Wendelantennen (11), die gleichzeitig im Axial-Rückstrahl-Modus und im Axial-Endstrahl-Modus arbeiten, und die Steuereinheit (19) vorgesehen sind, die den Phasenschieber (18) steuern, durch den eine Richtung der Linearpolarisation, zum Beispiel horizontal oder vertikal, wählbar ist.

4. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, die Bündelungsmittel (10) die zu empfangende Strahlung mittels Brechung, Beugung und/oder Reflexion fokussieren.