DE69323504T2

DE69323504T2 - Interferenzbekämpfung in Satellitenübertragung durch Löschung des nach oben gerichteten Strahles

Info

Publication number: DE69323504T2
Application number: DE69323504T
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Profera
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH0613948A; EP0560591B1; JP3411055B2; US5355512A; CA2089289A1; CA2089289C; DE69323504D1; EP0560591A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Satelliten- Kommunikationssysteme und insbesondere auf Raumfahrzeug- bzw. Satelliten-Kommunikationssysteme, bei denen ein Nullen des Antennenbündels für die Verbindung nach oben benutzt wird, um eine Störung bzw. Interferenz von einer bestimmten Stelle in dem Bündel abzuweisen.
Die Veröffentlichung No. 414,534 A2 des Europäischen Patentamtes, die auf der am 23. August 1989 auf den Namen Benden eingereichten US Patentanmeldung 397,229 basiert, beschreibt eine gegen eine Störung wirksame Unterdrückungseinrichtung für Kommunikationssatelliten. Wie dort beschrieben, erfordern kommerzielle Kommunikationssatelliten billige, vom Gewicht her leichte und mit geringem Leistungsverbrauch arbeitende technische Vorkehrungen, um eine Interferenz in der Verbindung nach oben zu bekämpfen. Wie in der Veröffentlichung beschrieben wird, empfängt jedes Speisehorn der Empfangsantenne Signale von Erdstationen in verschiedenen Gebieten aus dem Abdeckungsbereich. Jedes Horn bzw. jeder Trichter empfängt bis zu zwölf Kanäle aus seinem bestimmten eigenen Gebiet. Der Ausgang von jedem der Trichter wird mittels eines hybriden Leistungsteilers an ein Leistungsverknüpfungssystem und sodann an einen Verstärker mit niedrigem Rauschen (LNA von low noise amplifier) und Konverter angelegt. Das an den Hybridschaltungen geteilte Signal wird an ein weiteres variables Leistungsverknüpfungssystem und an einen zweiten LNA angelegt. Es liegt somit ein "Hauptsystem" sowie ein "Hilfssystem" vor, und jeder Kanal ist von einem Haupt-LNA sowie von einem Hilfs-LNA her verfügbar. Ein Array bzw. Feld von einpoligen Umschaltern (SPDT von single pole double throw) wählt für jeden Kanal entweder den Haupt- oder den Hilfskanalausgang aus, und die Kanäle werden von einer ausgangsseitigen multiplexierenden Einrichtung für die Rückübertragung zur Erde miteinander kombiniert bzw. verknüpft. In der Veröffentlichung von Benden wird die Annahme getroffen, daß ein überlagerndes bzw. störendes Signal in einem bestimmten Kanal von einem anderen Speisehorn herrührt als von dem Speisehorn, das das gewünschte Signal empfängt, welches gestört ist. Mit dieser Annahme werden (a) die variablen Leistungsverknüpfer in dem Hilfssystem so eingestellt, daß sie lediglich Signale von dem das gewünschte Signal in dem Hilfskanal empfangenden Horn verknüpfen, um dadurch das Störsignal in dem bestimmten Kanal abzuweisen, und (b) wählt ein geeigneter Schalter aus dem Feld von SPDT-Schaltern den gewünschten Kanal aus dem Hilfssystem aus, in dem das Störsignal abgewiesen wird, also nicht aus dem Hauptsystem. Das oben beschriebene System nach Benden besitzt den Nachteil, daß das empfangene Signal vor einer Verstärkung mit geringem Rauschen in hybriden Schaltkreisen leistungsmäßig geteilt wird und somit den Betrag des vor der Verstärkung mit geringem Rauschen verfügbaren Signals vermindert, was in unerwünschter Weise das Verstärkungs- Temperaturverhältnis (G/T) in jedem Kanal verschlechtert. Wenn das Signal im Hilfssystem 7 dB unter dem Signal im Hauptsystem liegt, beträgt der Durchgangsverlust im Hauptkanal, der den Abfall des Verhältnisses G/T darstellt, nahezu 1 dB. Dieser Abfall des Verhältnisses G/T könnte vermieden werden, indem man einen LNA in jedem Kanal anordnet, jedoch erhöht dies die Komplexität sowie das Gewicht des Systems und verringert seine insgesamte Zuverlässigkeit, insbesonder im Hinblick auf die Tatsache, daß der Verstärker mit niedrigem Rauschen normalerweise redundant ist. Wenn somit zwölf Kommunikationskanäle vorgesehen sind, würden zwölf LNAs in jedem der Haupt- und Hilfssysteme erforderlich sein, und zwar zusammen mit zwölf zusätzlichen redundanten Einheiten in jedem der Haupt- und Hilfssysteme.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Raumfahrzeug- Kommunikationssystem geschaffen, das eine Störung (Intrusion) verkleinern kann, die von einer bestimmten Stelle auf dem Globus kommt, enthaltend: eine erste Array-Antenneneinrichtung zum Empfangen von an dem Raumfahrzeug ankommenden Signalen, um empfangene Signale zu generieren; ein erstes Dual-Mode Netzwerk, das mit der ersten Array-Antenneneinrichtung verbunden ist, zum Trennen der empfangenen Signale in wenigstens erste und zweite, gegenseitig unabhängige Kanäle, die das gleiche Frequenzband einnehmen. Erste und zweite Empfangseinrichtungen, um wenigstens daran angelegte Signale zu verstärken; eine erste Empfänger-Verbindungseinrichtung, die mit der ersten und zweiten Empfangseinrichtung und mit dem ersten Dual-Mode Netzwerk verbunden ist, zum Verbinden der empfangenen Signale in den ersten und zweiten Kanälen mit der ersten bzw. zweiten Empfangseinrichtung, wodurch die ersten und zweiten Empfangseinrichtungen wenigstens die empfangenen Signale verstärken, um erste bzw. zweite verarbeitete Signale zu bilden; erste und zweite Leistungsteilereinrichtungen, die mit der ersten bzw. zweiten Empfangsreinrichtung verbunden sind, zum Teilen jeder der ersten und zweiten verarbeiteten Signale in erste und zweite verarbeitete Hauptsignale und erste und zweite verarbeitete Hilfssignale; eine sendende Antenneneinrichtung, die zum Abstrahlen von Signalen zu einer entfernten Stelle geeignet ist; einen einpoligen Umschalter mit einem gemeinsamen Port und ersten und zweiten Ports, die alternativ mit dem gemeinsamen Port in ersten und zweiten Zuständen der Schalteinrichtung verbunden werden können, um an dem gemeinsamen Port geschaltete Signale zu bilden; eine Hauptsignal-Verbindungseinrichtung, die mit der ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtung und mit dem ersten Port der Schalteinrichtung verbunden ist zum Verbinden der verarbeiteten Hauptsignale mit der Schalteinrichtung, um selektiv mit dem gemeinsamen Port der Schalteinrichtung in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung verbunden zu sein, wodurch die geschalteten Signale in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung wenigstens einen Teil der ersten und zweiten verarbeiteten Hauptsignale aufweisen; eine Verbindungseinrichtung für das geschaltete Signal, die mit dem gemeinsamen Port der Schalteinrichtung und mit der sendenden Antenneneinrichtung verbunden ist, zum Verbinden des geschalteten Signals mit der sendenen Antenneneinrichtung, wodurch in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung wenigstens der Teil des ersten und zweiten verarbeiteten Hauptsignals mit der sendenden Antenneneinrichtung verbunden ist und zu der entfernten Stelle abgestrahlt wird; eine Leistungsverknüpfungseinrichtung, die erste und zweite Eingansports und einen kombinierten Ausgangsport aufweist, zum vektoriellen Verknüpfen von Signalen, die an die ersten und zweiten Eingangsports der Leistungsverknüpfungseinrichtung angelegt sind, zum Generieren vektoriell verknüpfter Signale an dem kombinierten Ausgangsport; eine Verbindungseinrichtung für das verknüpfte Signal, die mit dem kombinierten Ausgangsport der Leistungsverknüpfungseinrichtung und mit dem zweiten Port der Schalteinrichung verbunden ist, zum Anlegen der vektoriell verknüpften Signale an den zweiten Port der Schalteinrichtung; und eine Phasenverschiebungs- und Verbindungseinrichtung, die mit den ersten und zweiten Ports der Leistungsverknüpfungseinrichtung und mit den ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtungen verbunden ist, zum Anlegen der ersten und zweiten verarbeiteten Hilfssignale an die Leistungsverknüpfungseinrichtung und zum Einstellen der relativen Phase der ersten und zweiten verarbeiteten Hilfssignale, die an die Leistungsverknüpfungseinrichtung angelegt sind, wodurch die vektoriell verknüpften Signale Signale darstellen, die durch ein Bündel von der ersten Array-Antenneneinrichtung empfangen sind, wobei das Bündel eine Null aufweist, die in der Position in Abhängigkeit von der relativen Phase einstellbar ist, und wodurch die Schalteinrichtung während einer Störung in den zweiten Zustand gesetzt werden kann und die Phasenverschiebungseinrichtuntg in die bestimmte Lage gesetzt werden kann, um die Schwere der Störung zu verkleinern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein Raumfahrzeug-Kommunikationssystem eine Antenneneinrichtung für an dem Raumfahrzeug ankommende Empfangssignale, um damit empfangene Signale zu generieren. Ein erstes Dual-Mode Netzwerk ist mit der Antenne verbunden, um die empfangenen Signale in wenigstens erste und zweite gegenseitig unabhängige Kanäle zu trennen, die das gleiche Frequenzband einnehmen. Ein erster und zweiter Empfänger sind mit dem ersten bzw. zweiten Kanal verbunden, um mindestens die empfangenen Signale in jedem der Kanäle zu verstärken, um erste und zweite verarbeitete Signale zu bilden. Erste und zweite Leistungsteiler sind mit dem ersten bzw. zweiten Empfänger verbunden zum Teilen jeder der ersten und zweiten verarbeiteten Signale in verarbeitete Haupt- bzw. Hilfssignale. Eine einpolige Umschalteinrichtung enthält einen gemeinsamen Port, der mit einer Sendeantenneneinrichtung verbunden ist, sowie einen zweiten Port, der mit dem ersten Leistungsteiler verbunden ist, und enthält ebenfalls einen dritten Port, um in einem ersten Zustand der Schalteinrichtung die ersten verarbeiteten Hauptsignale zum Ausstrahlen der verarbeiteten Hauptsignale mit der sendenden Antenneneinrichtung zu verbinden, und um in einem zweiten Zustand die an dem dritten Port der Schalteinrichtung angelegten Signale mit der sendenden Antenneneinrichtung zu verbinden. Ein Leistungsverknüpfer enthält erste und zweite Eingangsports sowie einen kombinierten Ausgangsport, welcher kombinierte Ausgangsport mit dem dritten Port der Schalteinrichtung verbunden ist zum vektoriellen Verknüpfen von Signalen, die an die ersten und zweiten Eingangsports des Leistungsverknüpfers angelegt sind, zum Generieren vektoriell verknüpfter Signale und zum Anlegen der vektoriell verknüpften Signale an den dritten Port der Schalteinrichtung. Eine Phasenverschiebungseinrichtung ist mit mindestens einem der ersten und zweiten Leistungsteiler verbunden zum Einstellen der relativen Phase der ersten und zweiten verarbeiteten Hilfssignale, die an den Leistungsverknüpfer angelegt sind. Dies weist den Effekt auf, daß die vektoriell verknüpften Signale Signale darstellen, die von einem Antennenbündel empfangen sind, welches Bündel eine Null aufweist, die in der Position in Abhängigkeit von der relativen Phase einstellbar ist. Beim Vorhandensein einer Störung (Intrusion) wird die Schalteinrichtung für diesen Kanal in den zweiten Zustand gesetzt, und der Phasenschieber wird so eingestellt, daß er die Null in der Verbindung nach oben (uplink null) an die Stelle setzt, von der das störende Signal erzeugt wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun in größerem Detail anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1a und 1b zusammengenommen ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Satelliten-Kommunikationssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 veranschaulicht ein Redundanz-Schaltnetzwerk für orthogonale Bündelantennen; und
Fig. 3a ist eine Darstellung der kontinentalen Vereinigten Staaten (CONUS CONtinental United States), welche die grundlegende Empfangsantennenabdeckung veranschaulicht, und Fig. 3b ist eine ähnliche Darstellung mit einer Nullung, wobei die Phasenschieber für eine Null in der Nähe des Zentrums von CONUS eingestellt sind.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1a enthält ein Satellit bzw. Raumfahrzeug 8 ein zweiteiliges Kommunikationssystem 10, 110. Der Teil 10 des Kommunikationssystems ist in Fig. 1a oberhalb der trennenden strichpunktierten Linie 9 dargestellt und enthält Antennen- und Systembauteile, die hauptsächlich mit vertikal polarisierten Signalen arbeiten. Der Teil 110 ist unterhalb der strichpunktierten Linie 9 dargestellt und enthält Komponenten, die hauptsächlich mit horizontal polarisierten Signalen arbeiten. Fachleute auf diesem Gebiet wissen, daß lediglich die Antennensignale derart polarisiert sind, und daß die als polarisiert bezeichneten Signale lediglich herrühren (oder resultieren in Sendersignalen) von der bestimmten Polarisation. Da die vertikalen und horizontalen Teile 10 und 110 mit Ausnahme der Polarisation identisch sind, wird lediglich der vertikal polarisierte Teil 10 im Detail erörtert, wobei sich der andere Teil daraus verstehen läßt.
Eine Antenne stellt einen Wandler für die Kopplung von Signalen zwischen den Antennenanschlüssen und dem Raum dar, und zwar im Vorgang entweder des Empfanges oder des Sendens. Diese Vorgänge sind zueinander reziprok. Beschreibungen für den Antennenbetrieb werden üblicherweise in Begriffen entweder des Sendens oder des Empfangs ausgedrückt, wobei die andere Betriebsart dazu äquivalent ist. Insbesondere sind die Antennenverstärkung sowie die Bündelweite sowohl beim Sende- wie auch bei Empfangsmodus dieselben.
In Fig. 1a werden vertikal polarisierte Signale, die von einer als Block 12 dargestellten Feld- bzw. Arrayantenne herrühren, auf einen Dual-Mode Bündelformer (BÜF) 14 gekoppelt. Dual-Mode Bündelformer sind auf dem Gebiet der Satellitenantennen gut bekannt zum Erzeugen von zwei wechselseitig unabhängig ausgesendeten Bündeln von Multiplexerpaaren, wie das beispielsweise beschrieben wird in dem am 16. September 1980 auf den Namen von Chan ausgegebenen US Patent 4,223,283 sowie in der am 2/12/92 auf den Namen Kularajah et al angemeldeten US Patentanmeldung SN 07/834,587 mit dem Titel "Satellite Communications Systems with Zero dB Coupler" (veröffentlicht als EP-A-0 397 974 am 22/11/90). Der Dual-Mode Bündelformer 14 erzeugt von den empfangenen Signalen unabhängige Mode 1 und 2 Signale auf einem Paar von Übertragungsleitungen 16 bzw. 18. Diese Signale liegen auf derselben Frequenz und sind gegenseitig kohärent. Der Betrieb des Dual-Mode Bündelformers in Verbindung mit einem Ost-West Empfangsantennenfeld resultiert in wechselseitig einander entgegengesetzen Ost-West Phasenverschiebungen der beiden unabhängigen Empfangsbündel der Moden 1 und 2, d. h. der Mode 1 kann eine von Ost nach West zunehmende Phase besitzen, in welchem Fall der Mode 2 eine von Ost nach West abnehmende Phase haben würde.
Die empfangenen Signale werden über die Pfade 16 und 18 von Fig. 1a angelegt an eine Eingangsredundanz-Schalteinrichtung 20, welche steuerbar die empfangenen Signale in einer ausgewählten Weise auf die Empfänger 24a und 24b oder möglicherweise auf die Empfänger 24a, 24b 124a, 124b koppelt. Jeder der Empfänger 24 und 124 enthält einen Verstärker mit niedrigem Rauschen, wie beispielsweise beschrieben in der gleichzeitig anhängigen US Patentanmeldung S. N. 07/772,207 mit dem Titel "Multichannel Communication System with Amplifier in Each Channel", angemeldet am 7. Oktober 1991 auf den Namen Wolkstein, sowie einen Abwärtskonverter zum Umsetzen der empfangenen Trägersignale in eine davon verschiedene Frequenz vor der erneuten Aussendung an eine Erdstation. Einzelheiten der Redundanz-Schalteinrichtung 20 werden weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben. Der Rauschabstand bzw. das Signal/Rauschverhältnis (S/N) oder das Verstärkungs/Temperaturverhältnis (G/T) wird vor dem Empfänger festgesetzt, und anschließende Verluste beeinflussen diese Verhältnisse nicht mehr in signifikanter Weise.
Ein Leistungsteiler oder Abgriff, der in der Form eines Hybrid- oder Richtungskopplers 26a vorliegen kann, ist in Fig. 1a mit dem Ausgang eines Empfängers 24a verbunden, und ein gleicher Koppler 26b ist mit dem Ausgang des Empfängers 24b verbunden. Der Koppler 26a verbindet einen Hauptteil des von dem Empfänger 24a empfangenen Signals mit einem Eingangport einer ausgangsseitigen Redundanz-Schalteinrichtung 30, und der Koppler 26b verbindet den Hauptteil des vom Empfänger 26b empfangenen Signals mit einem anderen Eingang der Schalteinrichtung 30. Das Leistungsteilerverhältnis in den Kopplern 26a und 26b kann, wie oben in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, -7 dB betragen, jedoch hat dies nur wenig oder keine Auswirkung auf die Qualität der Signale in den Hauptsystempfaden. Die von den Kopplern 26a und 26b aus dem Hauptsystempfad abgegriffenen -7 dE Hilfssignale werden über ein Paar von Phasenschiebern 42 bzw. 44 an einen 2 : 1 Leistungsverknüpfer angelegt.
Das von einem der Richtkoppler 26a oder 26b in Fig. 1a ausgekoppelte vertikal polarisierte Hauptsignal wird von der ausgangsseitigen Redundanz-Schalteinrichtung 30 an einen Frequenz- Demultiplexer oder Frequenzteiler 32 angelegt, der die Signale frequenzmäßig in eine Anzahl, zum Beispiel acht, separate Kanäle trennt, die auf einer gleichen Anzahl von Übertragungsleitungen 34a bis 34h geführt werden.
Die von dem Hauptsystempfad mittels der Koppler 26a und 26b von Fig. 1a abgegriffenen -7 dB Hilfssignale werden im Verknüpfer 46 vektoriell aufsummiert, und zwar mit relativen Phasen, die durch die Einstellungen der Phasenschieber 42 und 44 festgelegt werden. Das vektoriell verknüpfte Signal repräsentiert ein Empfangsantennenbündel einer Empfangsantenne 12, die ihrerseits eine Null aufweist, die in der Array-Richtung unter der Steuerung der Phaseschieber 42 und 44 einstellbar ist.
Die Stelle für die Null hängt ab von der Einstellung der Phasenschieber 42 und 44 und ist von Kanal zu Kanal dieselbe. Eine Interferenz oder Störung (intrusion) wird im allgemeinen nur bei einem oder höchstens bei zwei benachbarten Kanälen auftreten, und die Null kann für diesen einen Kanal oder diese zwei benachbarten Kanäle zweckmäßig in der Ost-Westrichtung positioniert werden. Die Ost-Weststeuerung resultiert aus den wechselseitig entgegengesetzten Phasenverläufen der unabhängigen Mode 1 und Mode 2 Empfangsbündel, wie das oben beschrieben worden ist.
Die vektoriell verknüpften Signale am Ausgang des Verknüpfers 46 von Fig. 1a werden an einen Frequenz-Demultiplexer 48 angelegt, der äquivalent ist zum Demultiplexer 32. Die vektoriell verknüpften Signale werden frequenzmäßig geteilt, um jeden der Kanäle auf einen separaten Pfad der Übertragungspfade 50a bis 50h zu legen.
Mehrere einpolige Umschalter 36a bis 36h in Fig. 1a besitzen jeweils ein gemeinsames Element oder einen gemeinsamen Port, das bzw. der mit einem der ausgangseitigen Übertragungspfade 40a bis 40h verbunden ist, wobei jedes bzw. jeder davon mit einem Kanal in Verbindung steht. Jeder Schalter wählt die Signale entweder von dem Hilfssystempfad oder von dem Hauptsystem aus, um sie mit seinem ausgangsseitigen Signalpfad zu verbinden. Soweit bisher beschrieben, ist ein einzelnes Hilfssystem vorgesehen. Als Folge davon kann lediglich einer der Schalter 36a bis 36h so geschaltet sein, daß er das Hilfssystem unter normalen Bedingungen auswählt (obwohl mehrere Schalter 36 das Hilfssytem auswählen könnten, wenn eine Störung auf mehreren Kanälen aufträte und die von den Phasenschiebern 42 und 44 eingestellte Null im Empfangsbündel sich als richtig erwiese für die Abweisung der Störung auf diesen mehreren Kanälen). Die mit störungsfreien Kanälen in Verbindung stehenden Schalter 36 werden so eingestellt, daß sie Signale aus dem Hauptsystem auswählen, und daß ein Schalter (oder mehr als ein Schalter, wie oben erwähnt), der mit einem von einer Störung betroffenen Kanal in Verbindung steht, eingestellt ist für die Auswahl des Signals aus dem Hilfssystem. Die Phasenschieber 42 und 44 werden dann so eingestellt, daß sie die Null des Empfangsbündels auf der Quelle des eindringenden bzw. störenden Signals plazieren, und zwar mit dem Ergebnis, daß die Amplitude des störenden Signals relativ zur Amplitude des gewünschten Kanals vermindert wird. Wenn die Quelle für die Störung nicht zu nahe bei der Quelle für das gewünschte Signal liegt, resultiert daraus kein nachteiliger Effekt. Solange die Quelle für die Störung nicht mit der Quelle für das gewünschte Signal örtlich zusammenfällt, kann eine Verbesserung erwartet werden.
Die geschalteten Signale an den Ausgängen der Schalter 36a bis 36h von Fig. 1a können unter normalen Umständen ausschließlich von dem Hauptausgang eines der Richtungskoppler 26a oder 26b abgeleitet werden. Bei Vorliegen einer Interferenz auf einem der Kanäle (CH) 1 bis 8 und mit einem das Signal in dem Kanal aus dem Demultiplexer 48 auswählenden Schalter 36 werden die Signale an den gemeinsamen Ports der Schalter (SW) 36a-36h auf die jeweiligen Übertragungspfade 40a-40h gekoppelt. Die Signale auf den Übertragungspfaden 40a-40h können auf vielen Wegen verknüpft werden. Fig. 1b veranschaulicht eine verknüpfende und übertragende Anordnung. In Fig. 1b wird der Kanal mit der niedrigsten Frequenz auf dem Pfad 40a auf einen Eingangsport eines ersten frequenzabhängigen Verknüpfers (MPX) 152 gekoppelt. Der nächste benachbarte Kanal (der, wie erwähnt, eine Frequenzüberlappung mit dem Kanal auf dem Pfad 40a aufweisen kann) wird über den Pfad 40b auf einen anderen Multiplexer 154 geführt. Der nächst höhere Kanal wird über den Pfad 40c auf den Multiplexer 152 geleitet, und die höherfrequenten Kanäle werden abwechselnd in ihrer Frequenz an die übrigen Eingangsports der Multiplexer 152 und 154 angelegt. Der Frequenzwechsel sorgt für "Schutzfrequenzbänder" (guard bands), die es den Multiplexern 152 und 154 erlauben, eine verbesserte Isolation von Kanal zu Kanal vorzusehen. Die kanalweise abwechselnd verknüpften Signale am Ausgang des Multiplexers 152 werden an einen ersten Eingangsport eines konventionellen Dual-Mode Netzwerks 156 angelegt, und die kanalweise abwechselnd verknüpften Signale am Ausgang des Multiplexers 154 werden an einen zweiten Eingangsport des Dual-Mode Netzwerks 156 angelegt, wobei diese Kanäle zwischen denen des Multiplexers 152 liegen. Das Dual-Mode Netzwerk 156 verarbeitet die Signale und legt die resultierenden Signale über Übertragungspfade, die als 157 dargestellt sind, an eine vertikal polarisierte Antenne 158 an. Wie erwähnt, können Teile der Sendeantennte 158, zum Beispiel ein durch die Struktur 170 angedeuteter Gitterreflektor, für die sendende sowie die empfangenden Antennen gemeinsam sein.
Der horizontal polarisierte Teil des Kommunikationssystems, der unterhalb der strichpunktierten Linie 9 in Fig. 1b liegt, ist ähnlich zu den vertikal polarisierten Teilen, und seine Arbeitsweise wird aus der obigen Beschreibung deutlich.
Die Vorteile des beschriebenen Systems werden zum Teil dadurch erreicht, daß man den einen von den Empfängern 24a und 24b von Fig. 1a, der gerade nicht für das Hauptsystem in Benutzung ist (d. h. den redundanten Empfänger) für die Verbesserung des Verhältnisses G/T des Hilfskanals ausnutzt. Solange beide Verstärker einsatzbereit bleiben, werden die Vorteile des beschriebenen Systems zur Reduzierung einer Störung erreicht. In dem Fall, wo einer der Verstärker ausfällt, so daß nur noch ein Verstärker für den vertikalen Kanal verfügbar ist, wird die Fähigkeit zur Störungsunterdrückung beeinträchtigt. Wenn der Ausfall des einen der Verstärker nicht vollständig ist, kann er immer noch als besser als die Störung in dem Hilfskanal benutzbar sein, und zwar selbst im geschwächten Zustand.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild, das eine "4-für-2" Schalteinrichtung darstellt, die in dem eingangsseitigen Redundanz-Schaltnetzwerk 20 von Fig. 1a benutzt werden kann. In Fig. 2 sind die Elemente, die denen von Fig. 1a entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In Fig. 2 weisen die ersten und zweiten zweipoligen Umschalter 210 bzw. 212 jeweils erste und zweite Eingangsports a und b sowie erste und zweite Ausgangsports c und d auf. Die Eingangsports 210a und b des Schalters 210 sind mit den Mode 1 Ausgängen des vertikalen und horizontalen Bündelformers BÜF 14 bzw. 114 verbunden. Die Ausgangsports 210c und d des Schalters 210 sind mit den Empfängern 24a bzw. 122a gekoppelt. Die Eingangsports 212a und b des Schalters 212 sind mit den Mode 2 Ausgängen des vertikalen und horizontalen BÜF 14 bzw. 114 verbunden, und die Ausgangsports 212c und d des Schalters 212 sind an die Empfänger 122b bzw. 246 angeschlossen.
Die abgebildeten Stellungen der Schalter 210 und 212 des Redundanz-Schaltnetzwerks 20 von Fig. 2 sind diejenigen, bei denen die Verbindungen den in Fig. 1 vorgeschlagenen Verbindungen entsprechen. Im einzelnen wird das vertikal polarisierte Mode 1 Signal im Pfad 16 auf den Empfänger 24a gekoppelt, und die vertikal polarisierten Mode 2 Signale werden auf den Empfänger 24b gekoppelt. In gleicher Weise werden die horizontal polarisierten Mode 1 und Mode 2 Signale an die Empfänger 122a bzw. 122b angelegt. Die dargestellte Einrichtung erlaubt den Betrieb von drei Moden für den Fall, daß ein Empfänger ausfällt. Wenn zum Beispiel der Empfänger 24a ausfällt, kann das vertikal polarisierte Mode 1 Signal nicht verarbeitet werden. Wenn in den vertikal polarisierten Signalen keine Interferenz vorliegt, wird das ausgangsseitige Redundanz-Netzwerk 30 so eingestellt, daß es den Ausgang des Empfängers 24b auf den 1-zu-8 Demultiplexer 32 koppelt, wenn er nicht bereits in diesem Zustand ist, und der Betrieb verläuft weiter wie zuvor mit der Ausnahme, daß die Fähigkeit verloren ist, eine Null in dem vertikal polarisierten Empfangsantennenmuster zu bilden. Solange Nullen lediglich in dem horizontal polarisierten Empfangsantennenmuster erfordert werden, bleiben die Schalter 210 und 212 von Fig. 2 in dem dargestellten Zustand. Nimmt man weiterhin an, daß der Empfänger 24a ausgefallen ist, ist es möglich, die Schalter 210 und 212 so zu betreiben, daß eine Null in den vertikal polarisierten Signalkanälen gebildet werden kann. Dies wird ereicht, indem man die Schalter 210 und 212 in ihre (nicht gezeigten) alternativen Stellungen bringt, was die vertikal polarisierten Mode 1 und Mode 2 Signale von den Pfaden 16 und 18 auf die Empfänger 122a bzw. 122b koppelt, während man gleichzeitig das horizontal polarisierte Mode 2 Signal vom Pfad 118 auf den betriebsfähigen Empfänger 24b koppelt. Dies erlaubt es den Phasenschiebern 142 und 144, dem 2 : 1 Verknüpfer 146 sowie dem 1-zu-8 Teiler 148, in dem vertikal polarisierten Empfangsbündel eine wirksame Null zu bilden, während man den fortlaufenden Empfang des horizontal polarisierten Mode 2 Signals, und zwar ohne eine Null, zuläßt. Die Polarisation auf der Verbindung nach unten wird durch diesen Prozess umgekehrt, wobei dies jedoch nicht als mit irgendwelchen Folgen behaftet angesehen wird. Der Betrieb der Redundanzschalter erlaubt somit, daß die gewünschte Null in der Verbindung nach oben erzeugt wird, wenn das für die Unterdrückung einer Interferenz erwünscht ist, und zwar solange, wie zwei Empfänger verfügbar sind, die zur Verarbeitung der beiden Signale mit einer Polarisation auf der Verbindung nach oben geschaltet werden können. Wenn zwei Empfänger ausfallen, kann der Schaltbetrieb so eingerichtet werden, daß man die Signale mit beiden Polarisationen auf der Verbindung nach oben verarbeitet, ohne Nullen zu bilden, oder es kann eine Polarisation auf der Verbindung nach oben, falls notwendig, weggelassen werden, um ein Nullen der Aufwärtsverbindung für Signale mit hoher Priorität zu erlauben.
Fig. 3 ist eine Landkarte der kontinentalen Vereinigten Staaten CONUS, wie sie von einem erdsynchronen Satelliten in einer Position bei 90º westlicher Länge zu sehen sind. Dargestellt mittels der gestrichelten Linie 310 ist ein konzeptionelles Empfangsbündel mit akzeptabler Verstärkung der Aufwärtsverbindung, und zwar ohne Vorliegen einer Null und eines Verhältnisses G/T. Wenn sich eine Quelle für eine Interferenz bzw. Überlagerung, die etwa aus der Mitte von Texas herrührt, mit einem vertikal polarisierten von New York ankommenden Signal auf Kanal acht überlagert, werden die Schalter 210 und 212 in den in Fig. 2 dargestellten Zustand versetzt, die Schalter 36a bis 36 g von Fig. 1a werden in ihren ursprünglichen Stellungen belassen und koppeln das Signal vom 1-zu-8 Teiler 32 auf die ausgangsseitigen Übertragungspfade 40a bis 40 g, und der Schalter 36h von Fig. 1a, der den Kanal 8 bedient, wird in seine alternative Stellung umgeschaltet, in der er den ausgangsseitigen Übertragungspfad 40h vom 1-zu-8 Teiler 32 entkoppelt und stattdessen den Pfad 40h ankoppelt, um den Kanal 8 vom 1-zu-8 Teiler 48 zu empfangen. Somit wird auf dem Kanal 8 auf der Verbindung nach unten eine wirksame Null in der Aufwärtsverbindung oder in dem vertikal polarisierten Empfangsbündel vorgesehen, und die Position der Null von Kanal 8 wird gesteuert von den relativen Phasen der Phasenschieber 42 und 44 von Fig. 1a. Für das beschriebene Beispiel wird eine Null nahe der Mitte von Texas im Kanal 8 benötigt, und das effektive vertikale Emp fangsbündel der Verbindung nach oben vom Kanal 8 kann in einer Ost-Westrichtung als Reaktion auf die Phasenschieber 42 und 44 auf das durch die gestrichelte Linie 312a und 312b von Fig. 3b dargestellte Bündelmuster mit einem Nullbereich 314 dazwischen eingestellt werden. Da es kein gewünschtes Signal gibt, das aus dem Nullbereich auf Kanal 8 herrührt, wird das interferierende Signal durch die Null abgeschwächt, und zwar ohne nachteilige Folgen für das von New York herrührende gewünschte Signal. Die effektive Bündelform der Aufwärtsverbindung der vertikal polarisierten Signale in den Kanälen 1 bis 7 bleibt weiterhin die von 310 in Fig. 3a, so daß eine gewünschte Signalquelle auf einem anderen vertikal polarisierten Kanal, zum Beispiel auf Kanal 3, der von der Mitte von CONUS herrührt, von der Null auf Kanal 8 unbeeinflusst bliebe.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein. Während die Beschreibung Bezug nimmt auf orthogonale vertikale und horizontale Polarisationen, können irgendwelche zwei orthogonalen Polarisationen benutzt werden, entweder lineare oder zirkulare. Obwohl zwei Phasenschieber 42, 44 in Verbindung mit dem vertikalen Teil 10 des Systems von Fig. 1 beschrieben wurden, wird ein einzelner Phasenschieber ausreichen, um eine relative Phasenverschiebung zwischen den Eingängen des Leistungskopplers 46 vorzusehen. Die Null ist beschrieben worden als in Ost-Westrichtung bewegbar, entsprechend zu der Richtung des Verlaufs der Mode 1 und Mode 2 Bündel, die von dem Dual-Mode System in Verbindung mit einem in Ost-Westrichtung orientierten Speisearray bzw. -feld erzeugt werden. Die Null könnte stattdessen in Nord-Südrichtung bewegbar sein, wenn die Ausrichtung des Speisearrays derart wäre.

Claims

1. Raumfahrzeug-Kommunikationssystem, das eine Störung verkleinern kann, die von einer bestimmten Stelle auf dem Globus kommt, enthaltend:

eine erste Array-Antenneneinrichtung (12) zum Empfangen von an dem Raumfahrzeug ankommenden Signalen, um empfangene Signale zu generieren;

ein erstes Dual-Mode Netzwerk (14), das mit der ersten Array-Antenneneinrichtung (12) verbunden ist, zum Trennen der empfangenen Signale in wenigstens erste und zweite, gegenseitig unabhängige Kanäle, die das gleiche Frequenzband einnehmen;

erste und zweite Empfangseinrichtungen (24a, 24b), um wenigstens daran angelegte Signale zu verstärken;

eine erste Empfänger-Verbindungseinrichtung (16, 22a, 18, 22b), die mit der ersten und zweiten Empfangseinrichtung (24a, 24b) und mit dem ersten Dual-Mode Netzwerk (14) verbunden ist, zum Verbinden der empfangenen Signale in den ersten und zweiten Kanälen mit der ersten bzw. zweiten Empfangseinrichtung (24a, 24b), wodurch die ersten und zweiten Empfangseinrichtungen (24a, 24b) wenigstens die empfangenen Signale verstärken, um erste bzw. zweite verarbeitete Signale zu bilden;

erste und zweite Leistungsteilereinrichtungen (26a, 26b), die mit der ersten bzw. zweiten Empfangseinrichtung (24a, 24b) verbunden sind, zum Teilen jeder der ersten und zweiten verarbeiteten Signale in erste und zweite verarbeitete Hauptsignale und erste und zweite verarbeitete Hilfssignale;

eine sendende Antenneneinrichtung (158), die zum Abstrahlen von Signalen zu einer entfernten Stelle geeignet ist;

einen einpoligen Umschalter (36a-36h) mit einem gemeinsamen Port und ersten und zweiten Ports, die alternativ mit dem gemeinsamen Port in ersten und zweiten Zuständen der Schalteinrichtung verbunden werden können, um an dem gemeinsamen Port geschaltete Signale zu bilden;

eine Hauptsignal-Verbindungseinrichtung (32), die mit der ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtung (26a, 26b) und mit dem ersten Port der Schalteinrichtung verbunden ist zum Verbinden der verarbeiteten Hauptsignale mit der Schalteinrichtung (36a-36h), um selektiv mit dem gemeinsamen Port der Schalteinrichtung (36a-36h) in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung (36a-36h) verbunden zu sein, wodurch die geschalteten Signale in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung (36a-26h) wenigstens einen Teil der ersten und zweiten verarbeiteten Hauptsignale aufweisen;

eine Verbindungseinrichtung (40a-40h) für das geschaltete Signal, die mit dem gemeinsamen Port der Schalteinrichtung (36a-36h) und mit der sendenden Antenneneinrichtung (158) verbunden ist, zum Verbinden des geschalteten Signals mit der sendenden Antenneneinrichtung (158), wodurch in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung (36a-36h) wenigstens der Teil des ersten und zweiten verarbeiteten Hauptsignals mit der sendenden Antenneneinrichtung (158) verbunden ist und zu der entfernten Stelle abgestrahlt wird;

eine Leistungsverknüpfungseinrichtung (46), die erste und zweite Eingangsports und einen kombinierten Ausgangsport aufweist, zum vektoriellen Verknüpfen von Signalen, die an die ersten und zweiten Eingangsports der Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) angelegt sind, zum Generieren vektoriell verknüpfter Signale an dem kombinierten Ausgangsport;

eine Verbindungseinrichtung (48) für das verknüpfte Signal, die mit dem kombinierten Ausgangsport der Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) und mit dem zweiten Port der Schalteinrichtung (36a-36h) verbunden ist, zum Anlegen der vektoriell verknüpften Signale an den zweiten Port der Schalteinrichtung (36a-36h); und

eine Phasenverschiebungs- und Verbindungseinrichtung (42, 44), die mit den ersten und zweiten Ports der Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) und mit den ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtungen (26a-26b) verbunden ist, zum Anlegen der ersten und zweiten verarbeiteten Hilfssignale an die Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) und zum Einstellen der relativen Phase der ersten und zweiten verarbeiteten Hilfssignale, die an die Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) angelegt sind, wodurch die vektoriell verknüpften Signale Signale darstellen, die durch ein Bündel von der ersten Array-Antenneneinrichtung (12) empfangen sind, wobei das Bündel eine Null aufweist, die in der Position in Abhängigkeit von der relativen Phase einstellbar ist, und wodurch die Schalteinrichtung (36a- 36h) während einer Störung in den zweiten Zustand gesetzt werden kann und die Phasenverschiebungseinrichtung (42, 44) in die bestimmte Lage gesetzt werden kann, um die Schwere der Störung zu verkleinern.

2. System nach Anspruch 1, wobei die sendende Antenneneinrichtung (158) wenigstens einen Teil von der ersten Array- Antenneneinrichtung (12) aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptsignal-Verbindungseinrichtung (32) enthält:

eine erste demultiplexierende Einrichtung (30), die eine Anzahl von H Ausgangsports und auch einen gemeinsamen Port aufweist, der mit wenigstens einer der ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtungen (26a, 26b) verbunden ist, zum Empfangen von einem der verarbeiteten Hauptsignale und zum Verteilen von einem der verarbeiteten Hauptsignale und zum Verteilen des einen der verarbeiteten Hauptsignale unter den H Ausgangsports der ersten demultiplexierenden Einrichtung (30) gemäß Frequenzkomponenten von dem einen der verarbeiteten Hauptsignale, wodurch jede getrennte Frequenzkomponente von dem einen der verarbeiteten Hauptsignale mit einem anderen der H Ausgangsports der ersten multiplexierenden Einrichtung (30) verbunden wird; und

Frequenzkomponenten-Verbindungseinrichtungen (34a-34h) für das verarbeitete Hauptsignale, die mit einem der Ausgangsports der ersten demultiplexierenden Einrichtung (30) und mit dem ersten Port der Schalteinrichtung (36a-36h) verbunden sind.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei:

die Hauptsignal-Verbindungseinrichtung (32) eine erste Frequenz-demultiplexierende Einrichtung (32) aufweist, wobei der erste Frequenz-demultiplexierende Einrichtung (32) eine Anzahl von H Ausgangsports und auch einen gemeinsamen Port aufweist, der mit wenigstens einer der ersten und zweiten Leistungsteilereinrichtungen (26a, 26b) verbunden ist, zum Empfangen von einem der verarbeiteten Hauptsignale und zum Verteilen von dem einen der verarbeiteten Hauptsignale unter den H Ausgangsports der ersten demultiplexierenden Einrichtung (32) gemäß Frequenzkomponenten der verarbeiteten Hauptsignale, wodurch jede der H getrennten Frequenzkomponenten von dem einen der verarbeiteten Hauptsignale mit einem anderen der H Ausgangsports der ersten demultiplexierenden Einrichtung (32) verbunden wird;

die Verbindungseinrichtung (48) für das verknüpfte Signal eine zweite Frequenz-demultiplexierende Einrichtung enthält, die eine zweite Anzahl von H Ausgangsports und auch einen gemeinsamen Port aufweist, der mit der Leistungsverknüpfungseinrichtung (46) verbunden ist, zum Empfangen des vektoriell verknüpften Signals und zum Verteilen des vektoriell verknüpften Signals unter den H Ausgangsports der zweiten Frequenz-demultiplexierenden Einrichtung (48) gemäß Frequenzkomponenten des vektoriell verknüpften Signals, wobei die Frequenzkomponenten die gleichen getrennten Frequenzkomponenten einnehmen wie diejenigen der ersten Frequenz-demultiplexierenden Einrichtung (32), wodurch jede getrennte Frequenzkomponente von dem vektoriell verknüpften Signal mit einem anderen der H Ausgangsports von der zweiten demultiplexierenden Einrichtung (48) verbunden wird;

die Schalteinrichtung (36a-36h) eine Anzahl von H Schaltelemente enthält, die jeweils einen gemeinsamen Port und erste und zweite schaltbare Ports aufweisen, die abwechselnd mit dem gemeinsamen Port von der Schalteinrichtung (36a- 36h) verbunden werden können, wobei jeder der ersten Ports der H Schaltelemente von der Schalteinrichtung (36a-36h) mit einem der H Ausgangsports von der ersten Frequenz-demultiplexierenden Einrichtung (32) verbunden ist, wodurch in dem ersten Zustand der Schalteinrichtung (36a-36h) wenigstens eine der H getrennten Frequenzkomponenten von einem der verarbeiteten Hauptsignale durch die ersten und gemeinsamen Ports von einem der H Schaltelemente mit der sendenden Antenneneinrichtung verbunden ist, wobei jeder der zweiten Ports der H Schaltelemente der Schalteinrichtung (36a-36h) mit einem der H Ausgangsports von der zweiten Frequenz-demultiplexierenden Einrichtung verbunden ist, wodurch in dem zweiten Zustand der Schalteinrichtung (36a- 36h) wenigstens eine der H getrennten Frequenzkomponenten von dem vektoriell verknüpften Signal durch die zweiten und gemeinsamen Ports von einem der H Schaltelemente mit der sendenden Antenneneinrichtung (158) verbunden ist.

5. System nach Anspruch 1, wobei:

die erste Array-Antenneneinrichtung (12) eine Polarisations-Wähleinrichtung (170) enthält, um während des Empfangs auf eine erste Polarisation in Präferenz zu einer zweiten Polarisation orthogonal zu der ersten Polarisation anzusprechen, und ferner enthaltend:

eine zweite Array-Antenneneinrichtung (112) zum Empfangen von an dem Raumfahrzeug ankommenden Signalen mit der zweiten Polarisation zum Erzeugen von zweiten empfangenen Signalen;

ein zweites Dual-Mode Netzwerk (114), das mit der zweiten Array-Antenneneinrichtung (112) verbunden ist, zum Trennen der zweiten empfangenen Signale in wenigstens dritte und vierte wechselseitig unabhängige Kanäle, die das gleiche Frequenzband einnehmen;

dritte und vierte Empfangseinrichtungen (124a, 124b), um wenigstens die daran angelegten Signale zu verstärken;

eine zweite Empfänger-Verbindungseinrichtung (20,122a, 122b), die mit der dritten und vierten Empfangseinrichtung (124a, 124b) und dem zweiten Dual-Mode Netzwerk (114) verbunden ist, zum Verbinden der zweiten empfangenen Signale in den dritten und vierten Kanälen mit der dritten bzw. vierten Empfangseinrichtung, wodurch die dritte und vierte Empfangseinrichtung (124a, 124b) wenigstens die zweiten empfangenen Signale verstärkt, um dritte bzw. vierte verarbeitete Signale zu bilden; und

wobei die ersten und zweiten Empfänger-Verbindungseinrichtungen gemeinsam enthalten:

eine erste Redundanz-Schalteinrichtung (210), die einen ersten Port (a), der mit dem ersten Kanal (16) von dem ersten Dual-Mode Netzwerk (14) verbunden ist, einen zweiten Port (b) , der mit dem dritten Kanal (116) von dem zweiten Dual- Mode Netzwerk (114) verbunden ist, einen dritten Port (c), der mit der ersten Empfangseinrichtung (24a) verbunden ist, und einen vierten Port (d) enthält, der mit der dritten Empfangseinrichtung (122a) verbunden ist, um in einem ersten Zustand von der ersten Redundanz-Schalteinrichtung (210) die ersten empfangenen Signale von dem ersten Kanal (16) des ersten Dual-Mode Netzwerks (14) mit der ersten Empfangseinrichtung (24a) und die zweiten empfangenen Signale von dem dritten Kanal (116) des zweiten Dual-Mode Netzwerks (114) mit der dritten Empfangseinrichtung (122a) zu verbinden, und um in einem zweiten Zustand der ersten Redundanz-Schalteinrichtung (210) die ersten empfangenen Signale von dem ersten Kanal (16) des ersten Dual-Mode Netzwerkes (14) mit der dritten Empfangseinrichtung (122a) und die zweiten empfangenen Signale von dem dritten Kanal (116) des zweiten Dual-Mode Netzwerkes (114) mit der ersten Empfangseinrichtung (24a) zu verbinden; und

eine zweite Redundanz-Schalteinrichtung (212), die einen ersten Port (a), der mit dem zweiten Kanal (18) von dem ersten Dual-Mode Netzwerk (14) verbunden ist, einen zweiten Port (b), der mit dem vierten Kanal (118) von dem zweiten Dual-Mode Netzwerk (114) verbunden ist, einen dritten Port (c) , der mit der vierten Empfangseinrichtung (122b) verbunden ist, und einen vierten Port (d) enthält, der mit der zweiten Empfangseinrichtung (24b) verbunden ist, um in einem ersten Zustand der zweiten Redundanz-Schalteinrichtung (212) die ersten empfangenen Signale von dem zweiten Kanal (18) des ersten Dual-Mode Netzwerkes (14) mit der zweiten Empfangseinrichtung (24b) zu verbinden und die zweiten empfangenen Signale von dem vierten Kanal (118) des zweiten Dual-Mode Netzwerkes (114) mit der vierten Empfangseinrichtung (122b) zu verbinden, und um in einem zweiten Zustand der zweiten Redundanz-Schalteinrichtung (212) die ersten empfangenen Signale von dem zweiten Kanal (18) des ersten Dual-Mode Netzwerkes (14) mit der vierten Empfangseinrichtung zu verbinden und die zweiten empfangenen Signale von dem vierten Kanal (118) des zweiten Dual-Mode Netzwerkes (114) mit der zweiten Empfangseinrichtung (24b) zu verbinden.