DE69611533T2

DE69611533T2 - Verfahren und system zur übertragung elektromagnetischer signale

Info

Publication number: DE69611533T2
Application number: DE69611533T
Authority: DE
Inventors: Peter Nielsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: EP0855092B1; US6281839B1; EP0855092A1; WO1997015092A1; ATE198682T1; DE69611533D1; AU703226B2; AU7279096A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung in Satellitenverfolgungssystemen, in denen eine Abtastung mit phasengesteuertem Array ("phased array scanning") angewendet wird, um die körperliche Orientierung einer Antenne so zu steuern, daß die Kommunikation unter Verwendung elektromagnetischer Signale optimiert wird. Erfindungsgemäß wird die Abtastung mit phasengesteuertem Array lediglich auf das dem empfangene Signal und nicht auf das gesendete Signal angewendet.
Bei Kommunikation über Satellit zu und von einem beweglichen Fahrzeug, wie einem Schiff oder Kraftwagen, wird ein auf dem Fahrzeug angebrachtes mobiles Endgerät benötigt. Gewöhnlich setzen sich mobile INMARSAT-Endgeräte aus einem Teil zusammen, der auf einer Fahrzeug-Plattform angebracht ist, wobei sich die Plattform in einer festen Position relativ zu dem Fahrzeug befindet. Diese Plattform wird hiernach als "bewegte Plattform" bezeichnet und der auf dieser Plattform angebrachte Teil des Endgerätes wird als EME (externes Einbaugerät) bezeichnet. Ferner kann das Endgerät eine Elektronik umfassen, die in dem Fahrerhaus des Fahrzeugs angebracht ist. Dieser Teil des Endgeräts wird als IME (internes Einbaugerät) bezeichnet.
Es gibt ein wohlbekanntes, mit der Stabilisierung der Antenne des EME verbundenes Problem, welches darin besteht, daß Spezifikationen für G/T (Antennenverstärkung/Empfangssystem-Rauschtemperatur) für das Empfangssystem in der Richtung des Satelliten sowie für EIRP (äquivalente isotrope Strahlungsleistung) für das Sendesystem eingehalten werden, so lange die Bewegungen des Fahrzeugs, wie die Neigungs-, Kränkungs- und Drehgeschwindigkeit innerhalb festgelegter Grenzen sind. Dieses Stabilisierungsproblem wird schwieriger, wenn die Verstärkung der eingesetzten Antenne in dem mobilen Endgerät höher wird. Aufgrund der Anwendung neuer Modulationstechniken und des Aussetzens von Satelliten mit viel höherem EIRP und G/T beim L-Band ist es möglich geworden, die Antennenverstärkung und somit die Größe und Kosten des EME zu vermindern. Die Erfindung sollte im Lichte des fortlaufenden Prozesses der Reduzierung von Kosten, Größe und Komplexität des EME gesehen werden.
Bis heute sind von INMARSAT wenigstens drei Typen mobiler Endgeräte, die eine stabilisierte Antenne verwenden, definiert worden, nämlich INMARSAT A, INMARSAT B und INMARSAT M. Eine Antennenstabilisierung wird typischerweise mit einem oder zwei Verfahren durchgeführt, nämlich 1) die sog. passive Stabilisierung oder 2) die sog. aktive Stabilisierung, wobei die erstere die einfachste und die letztere die Lösung mit der besten Leistungsfähigkeit ist. Mit der Größen- und Gewichtsverminderung für zukünftige Endgeräte sollte jedoch das Verfahren 2) die beste Lösung bringen, da es zunehmend schwieriger wird, für Schwungräder mit hohem Massenträgheitsmoment im Aufbau eines elektromechanischen Antennenstabilisierungssystems Platz zu finden. In INMARSAT A, B und M sind viele verschiedene Arten von Stabilisierungsmechanismen verwendet worden, wobei die Anzahl von Drehachsen von zwei bis vier reicht. Auf dem Gebiet der Antennenstabilisierung ist es übliche Praxis geworden, die Schwerkraft als Referenz zum Messen der Neigung der bewegten Plattform zu verwenden und entweder das magnetische Feld der Erde oder die Information von einem Kreisel (z. B. Schiffskreisel) als Azimuth-Referenz zu verwenden. Mit diesen beiden Referenzen ist es möglich, einen Satz Steuersignale zu erzeugen, die den verschiedenen Motoren zugeführt werden, welche die Winkeldrehung um die mechanischen Achsen steuern. Die Erzeugung einer vertikalen Referenz kann durch einen Neigungsmesser erfolgen, der gegenüber horizontalen Beschleunigungen unempfindlich gemacht ist. Die Azimuth- Referenz stellt jedoch gewöhnlich ein Problem dar, da das magnetische Feld der Erde vom Fahrzeugaufbau beeinflußt wird, und da die Neigung hoch sein kann, z. B. nahe bei 90º, so daß eine präzise Projektion auf eine Ebene parallel zur Oberfläche der Erde zunehmend schwieriger zu erhalten ist. Andererseits ist eine Referenz von einem Kreisel sehr zuverlässig, erfordert jedoch, daß das Fahrzeug mit einer teueren Apparatur ausgestattet ist. Auch die Installation des Endgerätes ist durch das Erfordernis einer Schnittstelle zu einem Kreisel oder zu anderen externen Geräten kompliziert.
In dem US-Patent Nr. 4,881,078 ist ein System beschrieben, das eine aktive Stabilisierung, nämlich Verfahren 2, anwendet. Dieses Patent offenbart ein Verfolgungssystem mit einer Strahlschaltantenne. Das Verfolgungssystem wird für das Verfolgen eines stationären Satelliten verwendet, wobei ein phasengesteuerter Array für eine auf einem Automobil befestigte Antenne verwendet wird. Die phasengesteuerte Array- Antenne hat einen scharfen Strahl, der zwischen zwei verschiedenen Azimuth-Richtungen geschaltet wird. Der Antennenstrahl wird zwischen den beiden Richtungen periodisch unter Steuerung von Phasenkonstanten in einer Speiseschaltung der Antenne geschaltet, wobei ein Vergleich der Stärke zwischen den vor und nach der Strahlschaltung empfangenen Signalen durchgeführt wird, um ein Fehlersignal als Azimuth-Fehlersignal zu ermitteln. Anschließend wird die Antenne mechanisch entsprechend dem Fehlersignal bewegt, bis das Fehlersignal null wird.
Das Verfolgungssystem in der US 4,881,078 weist jedoch lediglich ein Empfangssystem auf. Es besteht daher ein Bedarf nach einem kombinierten Empfänger- und Sendesystem, das eine aktive Stabilisierung für die Verfolgung einer Quelle elektromagnetischer Energie, wie eines Kommunikationssatelliten oder eines Verstärkersatelliten, verwendet.
In Kommunikationssystemen, die Phasenmodulation verwenden (wie die neuen INMARSAT-Systeme), gibt es jedoch ein schwieriges, mit der Strahlschaltung verbundenes Problem, daß nämlich die Phase des Sendesignals und folglich das Sendefrequenzspektrum durch die Strahlschaltung gestört werden kann, wenn diese auf Sendefrequenzen sowie auf Empfangsfrequenzen durchgeführt wird, wie es in herkömmlichen Strahlschaltsystemen der Fall ist, die Phasenschieber einsetzen, die in dem Signalpfad angeordnet sind, der dem Empfangssignal und dem Sendesignal, die von und zu den Antennenelementen in z. B. einem phasengesteuerten Array hereinkommen und hinausgehen, gemeinsam ist.
Ein anderer Nachteil der herkömmlichen Strahlschaltung liegt darin, daß es typischerweise einen Verlust von 0,4 dB an Sendeleistung aufgrund der Tatsache gibt, daß die Richtung maximalen Sendens um einige Grad weg von der körperlichen Ausrichtung ("physical boresight") der Antenne geschaltet wird. Ferner kann in herkömmlichen Systemen ein erheblicher Verlust an Sendeleistung in den Schaltdioden der Phasenschieber auftreten, Die Schaltdioden müssen daher groß sein, was wiederum zu höheren parasitären Komponenten, wie Parallelkapazität und Serieninduktivität führt. Dies wiederum macht es schwierig, die Antenne und den Duplexer an den rauscharmen Verstärker (LNA) anzupassen, so daß sich die Rauschzahl erhöhen kann und, schlimmer noch, daß sich die veränderliche LNA-Verstärkungszahl und -Rauschzahl beim Ein- und Ausschalten der Dioden ändern können. In auf Strahlschaltung basierenden Verfolgungssystemen müssen die LNA-Verstärkungszahl und -Rauschzahl absolut konstant gehalten werden, um gute Verfolgungseigenschaften sicherzustellen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für das oben erwähnte Problem zu liefern. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System für Zwei-Wege-Kommunikation zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station bereit, wobei jede der Stationen Empfangsmittel und Sendemittel zum Empfangen und Senden elektromagnetischer Kommunikationssignale umfaßt. Die erste Station weist eine Array-Antenne für das Senden und den Empfang der elektromagnetischen Kommunikationssignale zu und von der zweiten Station auf, wobei die Array-Antenne eine Richtung optimalen Sendens oder Richtung elektrischer Sendeausrichtung hat, die im wesentlichen konstant bezüglich einer körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne oder einer Achse, die senkrecht zu einer Ebene ist, die die Array-Antenne hauptsächlich umfaßt, ist. Die Array- Antenne ist über elektrische Speisemittel mit den Empfangsmitteln und den Sendemitteln der ersten Station gekoppelt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein oder mehrere Signale von der ersten Station zu der zweiten Station gesendet, und die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne der ersten Station wird so gesteuert, daß die Einstellfehler der Antenne bezüglich der zweiten Station vermindert oder minimiert werden. Zum Erhalt von Signalen zum Steuern der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne wird die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station elektrisch in eine oder mehreren Richtungen geändert oder geschaltet, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind, indem die elektrische Charakterisik der Speisemittel geändert wird. Während des elektrischen Schaltens der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung werden ein oder mehrere Signale überwacht, die Information tragen, die Variationen in der Empfangssignalstärke eines oder mehrerer Signale darstellt, die während des Schaltens von der zweiten Station gesendet und von der ersten Station empfangen werden.
Die Ergebnisse der Überwachung können als Steuersignale verwendet werden, und vorzugsweise wird die Antenne mechanisch und/oder im Winkel in Antwort auf die Ergebnisse der Überwachung des (der) Signalstärke-Informationssignals(e) bewegt, wobei die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse derart geändert wird, daß Einstellfehler der Antenne bezüglich der zweiten Station vermindert oder minimiert werden. Folglich sollte die Stärke von Signalen, die durch die erste Station von der zweiten Station und/oder umgekehrt empfangen werden, erhöht werden.
In dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem umfaßt die erste Station ferner ein Mittel zum elektrischen Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station in eine oder mehreren Richtungen, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind, indem die elektrische Charakteristik der Speisemittel geändert wird.
Die erste Station sollte auch ein Mittel zum Überwachen eines oder mehrerer Signale während des elektrischen Schaltens der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung umfassen, die Information tragen, die Variationen in der Empfangssignalstärke eines oder mehrerer Signale, die während des Schaltens von der zweiten Station gesendet und durch die erste Station empfangen werden, darstellt.
Zur Steuerung der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne der ersten Station zwecks Verminderung oder Minimierung von Einstellfehlern der Antenne bezüglich der zweiten Station sollte die erste Station auch ein Mittel zum mechanischen Bewegen und/oder zum Winkelbewegen der Antenne und ein Mittel zum Steuern der Bewegung der Antenne in Antwort auf die Ergebnisse der Überwachung des (der) Signalstärke-Informationssignals(e) umfassen. Die Antenne sollte so bewegt werden, daß die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse so geändert wird, daß Einstellfehler der Antenne bezüglich der zweiten Station vermindert oder minimiert werden.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, ein Verfolgungssystem zum Verfolgen einer Quelle elektromagnetischer Energie, wie einer zweiten Station, bereitzustellen schaffen, wobei das Verfolgungssystem eine erste Station, ähnlich der ersten Station des Kommunikationssystems, aufweist.
In der obigen Diskussion wird Bezug auf elektrische und körperliche Ausrichtungsrichtungen der Antenne genommen. Es sei hier bemerkt, daß im vorliegenden Kontext die körperliche Ausrichtungsachse der Array-Antenne die optimale Empfangs- und/oder Senderichtung der Array-Antenne darstellt, wenn der Antennencharakteristik keine elektrischen Änderungen aufgeprägt worden sind. Alternativ ist findet man, daß die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse im wesentlichen senkrecht zu einer Ebene ist, die hauptsächlich durch die Empfangs-/Sendefläche der Array-Antenne gebildet ist.
Falls elektrische Änderungen eingeführt werden, wodurch die Antennencharakteristik geändert wird, wird sich die Richtung optimalen Sendens und/oder optimalen Empfangs ändern. Diese elektrisch geänderte optimale Richtung wird als elektrische Sende- und/oder Empfangsausrichtungsrichtung bezeichnet. Es sollte hier verstanden werden, daß entsprechend der durch die vorliegende Erfindung geschaffenen Lösung die Richtung der elektrischen Empfangsausrichtung bezüglich der körperlichen Ausrichtungsachse elektrisch geändert wird, während die Richtung der elektrischen Sendeausrichtung bezüglich der körperlichen Ausrichtungsachse im wesentlichen unverändert bleibt.
Nachfolgend werden verschiedene Aspekte der Erfindung erwähnt. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Aspekte sowohl für das Verfahren als auch das System der Erfindung gelten können. Damit die Systeme der Erfindung die aufgeführten Aspekte ausführen können, sollten die Systeme speziell für diese Aspekte gestaltete Mittel aufweisen oder umfassen.
Bei einem Aspekt der Erfindung werden die elektrischen Eigenschaften der Speisemittel so geändert, daß die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung für alle oder beliebige Empfangssignale mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Empfangsfrequenzbandes geändert wird. Es ist auch bevorzugt, daß das (die) Sendesignal(e) eine Frequenz innerhalb eines zugeteilten Sendefrequenzbandes hat (haben). Das elektrische Schalten sollte so durchgeführt werden, daß das Frequenzspektrum eines Signals, das von der Antenne der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder der Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet wird, von dem Schalten im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. Vorzugsweise sollte das elektrische Schalten so durchgeführt werden, daß Signalen, die von der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder in der Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet werden, im wesentlichen keine Phasen- und/oder Amplitudenverzerrung aufgeprägt wird.
Bei einem Aspekt der Erfindung sollte die erste Station ferner ein Sendefrequenzfiltermittel, das mit den Sendemitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches, und ein Empfangsfrequenzfiltermittel umfassen, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches. Dementsprechend sollte das Verfahren der Erfindung ferner das wenigstens teilweise Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendefrequenzbereiches durch ein Empfangsfrequenzfiltermittel, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, und das wenigstens teilweise Dämpfen von Signalen innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches durch ein Sendefrequenzfiltermittel, das mit dem Sendemittel der ersten Station gekoppelt ist, umfassen. Vorzugsweise sollte das Empfangsfrequenzfiltermittel eine Frequenzcharakteristik haben, die von der Frequenzcharakteristik des Sendefrequenzfiltermittels verschieden ist, so daß die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station in Verbindung mit der Antenne im wesentlichen gleichzeitig, jedoch bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten können.
Vorzugsweise ist die zweite Station ein Kommunikationssatellit, der ein stationärer Satellit oder ein Verstärkersatellit sein kann, und die elektromagnetischen Kommunikationssignale sollten Funksignale sein. Innerhalb von Satellitenkommunikationssystemen können verschiedene Frequenzkommunikationsbänder definiert sein, wobei für die Kommunikationssysteme der vorliegenden Erfindung das Empfangsfrequenzfiltermittel ein Charakteristik aufweisen sollte, die Frequenzen im Bereich von 1525-1559 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchläßt. Auf gleiche Weise sollte das Sendefrequenzfiltermittel Frequenzen im Bereich von 1626,5-1660,5 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchlassen.
Zum elektrischen Ändern der Antennencharakteristik umfaßt die Antenne vorzugsweise wenigstens zwei Array-Elemente, wie zwei Teilflächen-Elemente ("patch elements"). Das Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel umfaßt somit das Verschieben der Phase von Signalen, die von den Array-Elementen empfangen werden, unter Verwendung von Phasenverschiebungsmitteln, die Teil der Speisemittel sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die elektrischen Speisemittel so gestaltet, daß sie hauptsächlich als ein 50 Ohm-System arbeiten, und es ist auch bevorzugt, daß das Empfangs- und das Sendefrequenzfiltermittel Teil der Speisemittel sind. Das Empfangs- und das Sendefrequenzfiltermittel sollten vorzugsweise eine charakteristische Impedanz von im wesentlichen etwa 50 Ohm innerhalb des Frequenzbereiches der empfangenen Signale bzw. des Frequenzbereiches der zu sendenden Signale darstellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Empfangsfiltermittel so gestaltet, daß sie eine Dämpfung von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches von wenigstens 40 dB, vorzugsweise wenigstens 60 oder 65 dB, haben. Ähnlich die Sendefiltermittel so gestaltet, daß sie eine Dämpfung von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches von wenigstens 40 dB, vorzugsweise wenigstens 60 oder 65 dB, haben.
Zum Vermeiden von Änderungen der Richtung der elektrischen Empfangsausrichtung aufgrund von Sendesignalen sollten die Phasenverschiebungsmittel und die Speisemittel so gestaltet sein, daß im wesentlichen kein oder lediglich ein relativ geringer Strom in den Phasenverschiebungsmitteln durch Sendesignale verursacht wird. Daher ist es bevorzugt, daß die Speisemittel Sperrfiltermittel zum Dämpfen von Signalen hauptsächlich innerhalb des Frequenzbereiches der Sendesignale umfassen und dadurch Dämpfungsanforderungen an die Empfangsfrequenzfiltermittel bezüglich des Sendesignalfrequenzbereiches um wenigstens 15 dE, vorzugsweise wenigstens 20 dB, vermindern.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß eine Sendeleistungsdissipation in den Phasenschiebern vermindert wird.
Es ist bevorzugt, daß die phasenverschobenen Empfangssignale derart kombiniert werden, daß die Auswirkungen der Phasenverschiebung im wesentlichen keine oder lediglich eine relativ geringe Auswirkung auf die Generatorimpedanz des kombinierten Signals haben. Vorzugsweise sollte die Phasenverschiebung mit einer vorbestimmten Phase durchgeführt werden. Es können jedoch auch Lösungen vorgesehen werden, in denen die Größe der verschobenen Phase eine Funktion verschiedener Parameter ist.
Es können mehrere verschiedene Antennenkonstruktionen verwendet werden, wobei die Antenne einen linearen Array von Elementen umfassen kann, der es erlaubt, das elektrische Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene durchzuführen. In einigen Fällen ist es jedoch bevorzugt, daß die Antenne einen ebenen Array von Elementen mit wenigstens vier Array-Elementen umfaßt, der es erlaubt, das elektrische Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene und/oder einer zweiten Ebene durchzuführen. Die zweite Ebene kann im wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene sein.
Die Phasenverschiebung kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten oder in verschiedenen Intervallen durchgeführt werden. Gewöhnlich wird die Phasenverschiebung jedoch periodisch durchgeführt werden. Die Frequenz der Phasenverschiebung sollte vorzugsweise in dem Bereich von 1 Hz - 500 kHz, bevorzugter in dem Bereich von 50-150 Hz und noch bevorzugter etwa 100 Hz, sein. Die Phasenverschiebung kann so gesteuert werden, daß während einer vorbestimmten Zeitperiode mehr Änderungen der Richtung optimalen Empfangs innerhalb der ersten Ebene als innerhalb der zweiten Ebene durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das elektrische Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs so durchgeführt, daß wenigstens zwei Richtungen optimalen Empfangs innerhalb jeder Schaltebene erhalten werden. Die erhaltenen Richtungen optimalen Empfangs innerhalb jeder Ebene können um einige Grad, beispielsweise 15º, auseinander liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Empfangssignale von den Antennen-Arrays kombiniert, wobei die Signale in der Phase verschoben sein können und von den Phasenverschiebungsmitteln ausgegeben werden können. Das kombinierte Signal kann überwacht werden und die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne kann auf der Basis von Variationen in der Stärke der kombinierten Empfangssignale gesteuert werden. Das kombinierte Signal kann ein amplitudenmoduliertes Signal sein, aufgrund von Unterschieden in den Amplituden empfangener Signale, die durch Änderungen in der Richtung optimalen Empfangs hervorgerufen werden, die durch die Phasenverschiebung hervorgerufen werden kann. Ein demoduliertes Signal, das die in dem kombinierten Signal enthaltenen Amplitudenunterschiede darstellt, kann erzeugt und überwacht werden.
Zum Erhalt eines Fehlersignals zur Verwendung für die Steuerung der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne sollte die Überwachung des demodulierten Signals ferner ein Verstärken und Filtern des demodulierten Signals während wenigstens einer Phasenverschiebungsperiode umfassen, wobei in der Phasenverschiebungsperiode die Richtung optimalen Empfangs zwischen wenigstens zwei Richtungen elektrisch geschaltet werden sollte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vorzeichen der Verstärkung in Antwort auf die Verschiebung von Phasen im wesentlichen umgekehrt.
Zwecks Erhalt eines optimalen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in Motorsteuerservos kann ein optimales Filtern oder angepaßtes Filtern des demodulierten Signals erforderlich sein. Ein solches Filtern kann durch ein sog. Integrations- und Auszugsfiltern ("integrate and dump filtering") erzielt werden.
Zum Steuern der körperlichen Ausrichtungsrichtung der Antenne sollte die Antenne mechanisch bewegt werden, und die Mittel zum mechanischen Bewegen und/oder zum Bewegen hinsichtlich des Winkels der Antenne sollten wenigstens einen Achsenmotor, vorzugsweise zwei oder drei Achsenmotoren, umfassen. Ein erster Achsenmotor könnte so gestaltet sein, daß er die Antenne hinsichtlich des Azimuth bewegt, und/oder ein zweiter Achsenmotor könnte so gestaltet sein, daß er die Antenne hinsichtlich des Höhenwinkels bewegt.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, elektrische Speisemittel zur Verwendung in einem Verfolgungssystem zum Verfolgen einer Quelle elektromagnetischer Energie, die eine zweite Station sein kann, bereitzustellen, wobei das Verfolgungssystem eine erste Station mit Empfangsmitteln und Sendemitteln zum Empfangen und Senden elektromagnetischer Kommunikationssignale aufweist, wobei die erste Station ferner eine Array-Antenne zum Senden und Empfangen der elektromagnetischen Kommunikationssignale zu und von der Energiequelle umfaßt. Die Array-Antenne sollte eine Richtung optimalen Sendens oder Richtung elektrischer Sendeausrichtung haben, die im wesentlichen konstant bezüglich einer körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne oder einer Achse senkrecht zu einer Ebene ist, die diese Array-Antenne hauptsächlich umfaßt.
Die elektrischen Speisemittel werden für die Kopplung der Array-Antenne mit den Empfangsmitteln und den Sendemitteln der ersten Station verwendet, und die elektrischen Speisemittel umfassen Duplexermittel zum Koppeln der Antenne mit den Empfangsmitteln und den Sendemitteln der ersten Station, und Phasenverschiebungsmittel zum elektrischen Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station in eine oder mehreren Richtungen, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind.
Es ist bevorzugt, daß die Duplexermittel ein Sendefrequenzfiltermittel, das mit den Sendemitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches, und ein Empfangsfrequenzfiltermittel, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches umfassen. Das Empfangsfrequenzfiltermittel sollte eine Frequenzcharakteristik haben, die von der Frequenzcharakteristik des Sendefrequenzfiltermittel verschieden ist, so daß die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station in Verbindung mit der Antenne im wesentlichen gleichzeitig, jedoch bei unterschiedlichen Frequenzen, arbeiten können.
Die Phasenverschiebungsmittel sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung für ein beliebiges Empfangssignal mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Empfangsfrequenzbandes ändern. Es ist auch bevorzugt, daß die Duplexermittel so gestaltet sind, daß sie Sendesignale innerhalb eines zugeteilten Sendefrequenzbandes von den Sendemitteln zur Antenne weiterleiten.
Die oben erwähnten Ausführungsformen der Phasenverschiebungsmittel und der Empfangs- und Sendefiltermittel der Systeme der Erfindung sollten auch für die Verwendung in Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Speisemittel berücksichtigt werden.
Ausführungsformen und Einzelheiten des Systems werden aus den Ansprüchen und der detaillierten Diskussion von Ausführungsformen des Systems mit Bezug auf die Figuren deutlich.
Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail erläutert, in denen:
Fig. 1a und 1b eine Frontansicht und eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zeigen, bei der eine Winkeldrehung um zwei Achsen durchgeführt werden kann,
Fig. 2a und 2b eine Frontansicht und eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Systems gemäß dem System der Fig. 1 zeigen,
Fig. 3a und 3b eine Frontansicht und eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zeigen, bei der eine Winkeldrehung um drei Achsen durchgeführt werden kann,
Fig. 4 die Prinzipien der Strahlschaltung einer ebenen Array-Antenne mit vier Elementen darstellt, wobei D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; und D&sub4; Richtungen maximaler Verstärkung sind,
Fig. 5 die Prinzipien der Strahlschaltung einer linearen Array-Antenne mit vier Elementen darstellt, wobei D&sub1;, D&sub2; Richtungen maximaler Verstärkung sind,
Fig. 6 eine Ausführungsform einer 4-kanaligen Duplexer- /Phasenschieberschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Strahlschaltung in zwei Ebenen zeigt,
Fig. 7 eine Phasenverschiebung von Empfangssignalen darstellt,
Fig. 8a, 8b, 9 und 10 Ausführungsformen von Duplexer-/Phasenschieberschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Strahlschaltung in einer Ebene zeigen,
Fig. 11 eine Ausführungsform eines Sperrfilters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 12 ein Strahlungsdiagramm einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine Strahlschaltung auf Empfangsfrequenzen, jedoch nicht auf Sendefrequenzen, durchgeführt wird,
Fig. 13 ein Beispiel eines Blockdiagramms des Systems der Fig. 1 zeigt,
Fig. 14 ein Beispiel eines Blockdiagramms des Systems der Fig. 2 zeigt,
Fig. 15 ein Beispiel eines Blockdiagramms eines Systems entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform zeigt,
Fig. 16 ein Beispiel eines Blockdiagramms einer Version eines Einstellfehlerdetektors zur Verwendung in den Systemen der Fig. 13 und 15 zeigt,
Fig. 17 ein Beispiel eines Blockdiagramms einer Ausführungsform eines Einstellfehlerdetektors zur Verwendung in dem System der Fig. 14 zeigt, und
Fig. 18 ein Beispiel eines Blockdiagramms einer Ausführungsform eines zweikanaligen Empfängers gemäß der Erfindung zeigt.
Das System der vorliegenden Erfindung kann ein elektromechanisches System, genauer das EME eines mobilen Endgeräts, sein. Das EME ist dazu bestimmt, auf einer geeigneten Plattform eines Fahrzeugs, wie eines Schiffes oder eines Kraftwagens, angebracht zu werden, Der Zweck des Systems liegt darin, eine Stabilisierung beispielsweise einer Array-Antenne durchzuführen, die für das Empfangen von Funksignalen von und das Senden von Funksignalen an einen Satelliten in einer Weise verwendet wird, daß G/T und EIRP (einschließlich Antenneneinstellfehler) geforderte Spezifikationen erfüllen. Die Konstruktionsprinzipien bevorzugter Systeme der vorliegenden Erfindung sind derart, daß Kosten, Größe, Gewicht und Komplexität relativ gering gehalten werden.
Gleichzeitig mit der Antennenstabilisierung kann das elektromechanische System eine Satellitenverfolgung durchführen. Das erfindungsgemäße elektromechanische System hat die folgenden Vorteile:
1) Es wird keine Information von externen Geräten, wie einem Fahrzeugkreisel oder -kompaß, z. B. Magnetfeldmesser ("fluxgate") benötigt und es wird ferner keine Information bezüglich einer geographischen Position von z. B. einem GPS- Empfänger benötigt.
2) Die Steuerung von bis zu zwei Achsenmotoren des elektromechanischen Systems kann durch Information von einem Empfänger durchgeführt werden, der auf den Empfang eines konstanten Trägersignals oder eines modulierten Trägersignals von dem Satelliten abgestimmt sein kann. Ein ZF- Ausgangssignal (ZF = Zwischenfrequenz) von dem Empfänger kann amplitudendemoduliert und für die Steuerung der Achsenmotoren verwendet werden. Bei einigen Anwendungen kann der Empfänger für die Steuerung lediglich eines Achsenmotors verwendet werden.
3) Das elektromechanische System kann vorzugsweise eine Antenne eine ebene oder lineare Array-Antenne und ein Filtersystem (Duplexersystem) mit Phasenschiebern einschließen, so daß das Antennen-Strahlungsdiagramm der Empfangsfrequenzen zwischen zwei Zuständen in einer Ebene für den linearen Array und in einer oder zwei Ebenen für den ebenen Array geschaltet werden kann und dennoch Spezifikationen bezüglich der Seitenkeule erfüllt.
Die Anzahl von Schaltaktionen pro Sekunde (1/T) kann zur Optimierung der Leistungsfähigkeit unter Berücksichtigung von Funksignal-Fadingphänomenen etc. ausgewählt werden. Die Phasenschieber zusammen mit dem Filtersystem können die Phase eines Signals im Empfangsband hauptsächlich ohne Beeinflussung der Phase oder Amplitude eines auf einer Sendefrequenz gesendeten Signals verschieben, wobei die Sendefrequenz vorzugsweise von den Frequenzen des Empfangsbandes verschieden ist. Typischerweise sind Empfangsfrequenzen und Sendefrequenzen in relativ schmalen Bändern zugeteilt, wobei die Zentrumsfrequenzen der Bänder um einige Prozente beabstandet sind.

System:

Die Erfindung kann vorzugsweise in einem EME mit einer zwischen eins und vier liegenden Anzahl von Achsen ausgeführt sein, wobei jede Ausführungsform ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei Systeme mit unterschiedlichen Achsenkonfigurationen.
Die in den Fig. 1a und 1b dargestellte Ausführungsform ist am besten dort geeignet, wo die bewegte Plattform gleichzeitig mäßigen Neigungs- und mäßigen Kränkungswinkeln, jedoch einer hohen Dreh - oder Rotationsgeschwindigkeit ausgesetzt sein kann, z. B. den Bewegungen eines Wagens. Das System der Fig. 1 umfaßt eine ebene Antenne 101, wobei aufgrund der quadratischen Form der Antenne 101 das EME relativ hoch sein wird, was es für die Installation auf einer Metallplatte gut geeignet macht, wie dem Dach eines Lastwagens, wo plötzliche Hindernisse erwartet werden können. Es ist nicht anwendbar, wenn ein EME mit einem niedrigen Profil erforderlich ist. Die Anzahl von Teilflächen-Elementen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; ist bei der in der Antenne 101 als vier dargestellt, sie könnte aber jede beliebige Zahl sein, die es ermöglicht, das Strahlungsdiagramm in einer oder zwei Ebenen zu schalten.
Die Ausführungsform der Fig. 1 umfaßt zwei mechanische Achsen, eine Azimuth-Achse 102, die senkrecht zu einer Plattform 104 ist, und eine Höhenwinkel-Achse 103, die parallel zur Plattform 104 ist. Die Azimuth-Achse 102 kann eine Kabelabwicklung aufweisen und einen Drehwinkel von z. B. 540º haben, oder sie kann eine Drehverbindung mit unbeschränkter Drehmöglichkeit aufweisen. Die Höhenwinkel-Achse 103 kann ungefähr eine Drehmöglichkeit von 85º aufweisen. Ein Rahmen 108 dient dazu, die Höhenwinkel-Achse und zwei Motoren 106 und 107 zu tragen, die dazu verwendet werden, die Antenne eine Winkeldrehung um die Azimuth- bzw. die Höhenwinkel- Achse durchführen zu lassen. Die gesamte Elektronik, wie rauscharmer Verstärker, Hochleistungsverstärker, Phasenschieber, Duplexersystem, Empfangs- und Sendeystem, Motortreiber und Steuerschaltungen können in einem Gehäuse 109 an der Rückseite der Antenne 101 oder irgendwo anders in dem Aufbau untergebracht sein.
Für das in den Fig. 2a und 2b gezeigte System entsprechen die Bezugszeichen 202-209 den Bezugszeichen 102-109 in Fig. 1. Die in den Fig. 2a und 2b gezeigte Ausführungsform umfaßt eine lineare Array-Antenne 201 und dieses System ist am besten geeignet, wenn die bewegte Systemplattform 204 gleichzeitig mäßigen Neigungs- und mäßigen Kränkungswinkeln, jedoch einer hohen Dreh- oder Rotationsgeschwindigkeit ausgesetzt sein kann, z. B. den Bewegungen eines Wagens, wo allerdings auch ein niedriges Profil Voraussetzung ist. Die Antenne 201 weist vier Teilflächen-Elemente P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; auf, die Anzahl der Teilflächen-Elemente kann jedoch eine beliebige Zahl sein, die es ermöglicht, das Strahlungsdiagramm in einer Ebene zu schalten.
Fig. 3a und 3b zeigen ein System mit drei Achsen. Diese Ausführungsform ist am besten dort geeignet, wo die bewegte Plattform gleichzeitig großen Neigungs- und Kränkungswinkeln und einer hohen Drehgeschwindigkeit ausgesetzt sein kann, z. B. den Bewegungen eines kleinen Schiffes. Das System umfaßt eine ebene Antenne 301 mit vier Teilflächen- Elementen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4;, ähnlich der Antenne 101 der Fig. 1, wobei die Anzahl der Teilflächen-Elemente jede beliebige Zahl sein kann, die es ermöglicht, welche das Strahlungsdiagramm in zwei Ebenen zu schalten.
Die Ausführungsform umfaßt drei mechanische Achsen, die Azimuth-Achse 302, die Höhenwinkel-Achse 303 und die Querhöhenwinkel-Achse 311 sowie drei entsprechende Motore 306, 307 und 310, die von einem Rahmen 308 getragen werden. Wenn die Antenne 301 parallel zur Azimuth-Achse 302 ist, ist die Querhöhenwinkel-Achse 309 ebenfalls parallel zu der Azimuth-Achse. Der dritte Motor 310 wird zum Durchführen einer Winkelrotation um die Querhöhenwinkel-Achse durch ein geeignete Getriebeelemente, z. B. Riemen und Riemenscheiben, verwendet.
Der Drehwinkel der Azimuth-Achse ist z. B. 540º, falls eine Kabelabwicklung verwendet wird, und unbeschränkt, falls eine Drehverbindung verwendet wird. Der Drehwinkel der Höhenwinkel-Achse hat vorzugsweise ein Minimum von 165º und der Drehwinkel für die Querhöhenwinkel-Achse ist vorzugsweise etwa 70º.

Antennen:

Im allgemeinen sollen die Antennen so konstruiert sein, daß die Richtung der Antennenhauptkeule in einer Ebene oder zwei senkrecht zueinander liegenden Ebenen um einige Grad geschaltet werden kann (Strahlschaltung). Beispiele geeigneter Antennentypen sind die lineare und die ebene Array- Antenne mit einer ausreichenden Anzahl von Array-Elementen, z. B. Teilflächen-Elementen.
Fig. 4 zeigt einen ebenen Array mit vier Elementen und der Möglichkeit, eine Strahlschaltung in zwei Ebenen durchzuführen. Fig. 5 zeigt einen linearen Array mit vier Elementen und der Möglichkeit, eine Strahlschaltung lediglich in einer Ebene durchzuführen. Empfangssignale von jedem der vier Teilflächen-Elemente P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; in Fig. 4 werden über Phasenschieber mit nur zwei möglichen Phasenverschiebungswerten zu einem Summierpunkt geleitet, wodurch die Richtung der Antennenhauptkeule um einige Grad (delta theta) in der XZ-Ebene sowie (jedoch nicht gleichzeitig) um einige Grad (delta theta) in der ZY-Ebene geändert werden kann.
Empfangssignale von jedem der vier Teilflächen-Elemente in Fig. 5 werden über Phasenschieber mit nur zwei möglichen Phasenverschiebungswerten zu einem Summierpunkt geleitet, wodurch die Richtung der Antennenhauptkeule um einige Grad (delta theta) in der XZ-Ebene geändert werden kann.

Duplexer-/Phasenschiebersystem:

Ein bevorzugtes System gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Duplexer-/Phasenschieberschaltung. Der Zweck der Duplexer-/Phasenschieberschaltung liegt darin, sicherzustellen, daß ein auf eine geeignete Empfangsfrequenz (Rx- Frequenz) abgestimmter Empfänger und ein auf eine geeignete Sendefrequenz (Tx-Frequenz) abgestimmter Sender gleichzeitig an der gleichen Antenne betrieben werden können. Dies bedeutet, daß ein starkes Sendesignal (Tx-Signal) ausreichend gedämpft werden soll, damit es keine Blockierung des Empfängers verursacht. Vorzugsweise sollte der hohe Rauschpegel vom Senden ebenfalls gedämpft werden.
Außerdem erlaubt das Duplexer-/Phasenschiebersystem oder die Duplexer-/Phasenschieberschaltung die Phase des Rx- Signals von jedem einzelnen Teilflächen-Element oder jeder Gruppe von Teilflächen-Elementen in der Phase zu verschieben, während für jedes Teilflächen-Element keine wesentliche Phasenverschiebung des Tx-Signals eingeführt wird. Die Phasenverschiebung von Rx-Signalen wird eine Verschiebung der Richtung maximaler Verstärkung der Antenne um einige Grad relativ zu einer Normalen auf die Antennenebene verursachen, d. h. die Richtungsverschiebung wird lediglich für Signale innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches auftreten, und somit nicht für Signale innerhalb des Sendefrequenzbereiches.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Duplexer-/Phasenschieberschaltung, die so ausgebildet ist, daß sie als ein 50 Ohm- System arbeitet, d. h. daß Antennen-Teilflächen ungefähr 50 Ohm in den Sende- und Empfangsbändern darstellen; BPF 1 stellt ungefähr 50 Ohm in dem Rx-Band dar und BPF 2 stellt ungefähr 50 Ohm in dem Tx-Band dar. BPF 1 ist ein Filter, das ein oder mehrere Signale innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches durchläßt, jedoch ein oder mehrere hochpegelige Sendesignale, Tx-Signale, dämpft oder unterdrückt, d. h. ein Signal von einem Hochleistungsverstärker HPA innerhalb des Sendefrequenzbereiches. BPF 2 ist ein Filter, das ein oder mehrere Signale innerhalb des Sendefrequenzbereiches durchläßt, jedoch ein oder mehrere Signale innerhalb des Empfangsfrequenzbandes dämpft oder unterdrückt.
Die Phasenschieber 1, 2, 3 und 4 (Bezugszeichen 61, 62, 63 und 64) sind identische Phasenschieber. Sie sind als LC- Schwingkreise gezeigt, in denen ein Kondensator ein- und ausgeschaltet werden kann. Eine praktische Realisierung wäre mittels PIN-Dioden in einer Mikrostreifen-Schaltung. Der Phasenschieber 1 (61) stellt eine Lastadmittanz Y1 zum Knoten N1 dar. Y1 = (GL + jBL), falls der Kondensator eingeschaltet ist, und Y1 = (GL - jBL), falls der Kondensator ausgeschaltet ist. Die Phasenschieber können vorzugsweise so ausgebildet sein, daß der Wert von GL relativ klein ist, um Verluste zu minimieren, während BL einen Wert haben soll, der eine Phasenverschiebung des Empfangssignals vom Teilflächen-Anschluß P&sub1; verursacht. Die Phasenschieber 2, 3 und 4 (62, 63 und 64) haben eine ähnliche Wirkung auf Empfangssignale von Teilflächen-Anschlüssen P&sub2;, P&sub3; und P&sub4;. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Teilflächen- Anschlüsse P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; über geeignete Übertragungsleitungen mit beispielsweise Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; verbunden, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Die BPF 1 und BPF 2 sind über ein System von Übertragungsleitungen TL1, TL2, TL3, TL4 und TL5 mit charakteristischen Impedanzen, ungefähr wie in Fig. 6 angegeben, verbunden. Es ist bevorzugt, daß TL3 eine elektrische Länge hat, derart, daß die Impedanz ZRx von TL3 im Zentrum des Tx-Signalbandes sehr hoch ist. Es ist auch bevorzugt, daß TL4 eine elektrische Länge hat, derart, daß die Impedanz ZTx von TL4 im Zentrum des Rx-Signalbandes sehr klein ist. Vorzugsweise haben die Übertragungsleitungen TL1 und TL5 eine elektrische Länge von ungefähr 90º im Zentrum des Tx-Signalbandes, und vorzugsweise haben die Übertragungsleitungen TL2 eine elektrische Länge von ungefähr 90º im Zentrum des Rx- Signalbandes. Die Wirkung dieses Systems ist, daß die Tx- Signalleistung vom HPA gleichmäßig über die Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; verteilt wird und daß ein Tx-Signal keinen oder lediglich einen sehr geringen Strom in den Phasenschiebern hervorruft, da diese bei Tx-Signalfrequenzen alle auf einer Nullspannung oder sehr nahe an einer Nullspannung liegen. Aus diesem Grund können PIN-Dioden in den Phasenschiebern Versionen Niedrigleistungsversionen sein, und die Phasenverschiebungsaktion wird außerdem keinen oder einen sehr geringen Effekt auf die Tx-Signale haben, die den Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; zugeführt werden.
Andererseits wird die Phase eines Rx-Signal von den Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; durch Phasenschieber 1, 2, 3 bzw. 4 (61, 62, 63 bzw. 64) verschoben. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird es immer zwei Phasenschieber geben, die (GL + jBL) darstellen, und zwei Phasenschieber, die (GL - jBL) darstellen, so daß bei Kombination von Signalen von den Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; im Knoten Q1 die Generatorimpedanz, von BPF 1 gesehen, weitgehend konstant ist, d. h. von der Phasenverschiebungsaktion und folglich der Antennenstrahlschaltung unbeeinflußt ist. Diese Eigenschaft ist wichtig, da eine Änderung in der Generatorimpedanz eine Änderung der Verstärkungs- und Rauschzahl für einen rauscharmen Verstärker LNA, der die Ausgabe des BPF 1 verstärkt, verursachen läßt und somit die Antennenstabilisierung stören könnte.
Das System der Fig. 6 hat die folgenden Charakteristika: TL1/TL5: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Tx-Bandes. TL2: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Rx-Bandes.
TL1 : 20 = 100 Ω.
TL2 : 20 = 100 Ω.
TL3 : 20 = 50 Ω.
TL4 : 20 = 50 Ω.
TL5 : 20 = 50 Ω.
In Fig. 6 werden die Phasenschieber 1 und 3 (61 und 63) periodisch mit der Frequenz f = 1/T verschoben, wie durch das Steuereingangssignal V0 angegeben ist. Ein anderes Steuereingangssignal V1 wird zum Steuern, in welcher Ebene ZY oder ZX die Strahlschaltung stattfindet, verwendet. Die Signale V0 und V1 sind in Fig. 7 zusammen mit den relativen Phasen der Empfangssignale, die von den Teilflächen P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; und P&sub4; kommen, dargestellt. Es ist auch die Richtung maximaler Verstärkung mit Bezug auf Fig. 4 gezeigt. Während einer Periode T wird eine vollständige Abtastung durchgeführt, wobei eine Abtastung eine Sequenz ist, in der die Richtung maximaler Antennenverstärkung D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; oder D&sub4; (siehe Fig. 4) für eine Periode von ¹/&sub2;T und in die entgegengesetzte Richtung für eine Periode von ¹/&sub2;T sein kann, wobei entgegengesetzte Richtungen in derselben Ebene liegen. Beispielsweise ist D&sub2; entgegengesetzt zu D&sub1; und D&sub4; ist entgegengesetzt zu D&sub3;.
In Fig. 7 ist φp1 die relative Phase des Rx-Signals von der Teilfläche P&sub1;, gemessen im Knoten Q1, φP3 ist die relative Phase des Rx-Signals von der Teilfläche P&sub3;, gemessen im Knoten Q1, φp2 ist die relative Phase des Rx-Signals von der Teilfläche P&sub2;, gemessen im Knoten Q1, und φp4 ist die relative Phase des Rx-Signals von der Teilfläche P&sub4;, gemessen im Knoten Q1.
Die Abtastungen müssen nicht gleichmäßig zwischen den beiden Ebenen XZ und ZY verteilt werden. Falls beispielsweisefalls eine Antennenstabilisierung um die Y-Achse (siehe Fig. 4) kritischer als eine Stabilisierung um die X-Achse ist, kann der XZ-Ebene ein höherer Anteil der Abtastungen zugeteilt werden.
Fig. 8a zeigt eine einfachere Version einer 2-kanaligen Duplexer-/Phasenschieberschaltung, die am besten für Systeme geeignet ist, bei denen eine Strahlschaltung lediglich in einer Ebene erforderlich ist, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Fall werden lediglich zwei Teilflächen- Elemente oder zwei Gruppen von Teilflächen-Elementen verwendet, so daß lediglich zwei Phasenschieber (81 und 82) benötigt werden. Die Funktion der Schaltung der Fig. 8a entspricht derjenigen der Fig. 6, die charakteristischen Impedanzen der Übertragungsleitungen TL1 und TL2 sind jedoch auf ungefähr 71 Ohm geändert.
Das System der Fig. 8a hat die folgenden Charakteristika: TL1/TL5: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Tx-Bandes. TL2: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Rx-Bandes.
TL1 : Z&sub0; = 71 Ω.
TL2 : Z&sub0; = 71 Ω.
TL3 : Z&sub0; = 50 Ω.
TL4 : 20 = 50 Ω.
TL5 : 20 = 50 Ω.
In Fig. 8a geht der Ausgang A an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub1; + P&sub2;, und der Ausgang B geht an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub3; + P&sub4;.
Antennennebenkeulen für den linearen Array mit vier Elementen können unter Anwendung von Amplituden-Abfall ("amplitude tapering") wesentlich vermindert werden, d. h. die beiden innersten Elemente werden bei einem höheren Leistungspegel als die beiden äußersten Elemente gespeist. Eine ungleiche Leistungsverteilung kann durch einen geeigneten Aufbau zweier identischer Speise-Netzwerke innerhalb der Antenne bereitgestellt werden.
Fig. 8b zeigt eine Ausführungsform einer 3-kanaligen Duplexer-/Phasenschieberschaltung, die dazu ausgebildet ist, zusammen mit einem linearen Array mit drei Elementen zu arbeiten. Die drei Rx-Signale von den Teilflächen-Elementen P&sub1;, P&sub2; und P&sub3; werden im Knoten Q1 derart kombiniert, daß die Phase des Signals von P&sub1; weitestgehend konstant ist, während die Phase der Signale von P&sub1; und P&sub3; von den Phasenschiebern 1 bzw. 2 (83 bzw. 84) im wesentlichen gleich, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen verschoben wird. Es kann ebenfalls Amplituden-Abfall angewendet werden, so daß P&sub2; bei einem höheren Leistungspegel als P&sub1; und P&sub3; gespeist wird, die Leistungsverteilung wird jedoch durch geeignete Auswahl der charakteristischen Impedanzen von TL1, TL3, TL4 und TL5 erzielt, wobei zu berücksichtigen ist, daß bei Rx- Frequenzen die Generatorimpedanz zu BPF 1 etwa 50 Ohm sein soll und die Lastimpedanz zu BPF 2 bei Tx-Frequenzen etwa 50 Ohm sein soll. Beispielsweise werden die unten genannten charakteristischen Impedanzen ermöglichen, daß P&sub2; bei einem 1,44 dE höheren Pegel als P&sub1; und P&sub3; gespeist wird.
Das System der Fig. 8b hat die folgenden Charakteristika: TL1, TL2, TL3: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Tx- Bandes.
TL4, TL5: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Rx-Bandes.
TL1 : Z&sub0; = 92 Ω.
TL2 : Z&sub0; = 50 Ω.
TL3 : Z&sub0; = 78 Ω.
TL4 : Z&sub0; = 78 Ω.
TL5 : Z&sub0; = 92 Ω.
Zusätzlich ist in Fig. 8b eine Frontansicht einer lineare Array-Antenne mit drei Elementen dargestellt.
Die Fig. 9 und 10 zeigen alternative Konfigurationen einer 2-kanaligen Duplexer-/Phasenschieberschaltung für Strahlschaltung in einer Ebene.
Die in den Fig. 8a, 8b, 9 und 10 dargestellten Prinzipien für Strahlschaltung in einer Ebene können weiter auf Strahlschaltung in zwei Ebenen ausgedehnt werden.
Die Funktion der Schaltung von Fig. 9 entspricht derjenigen von Fig. 8a, jedoch werden in Fig. 9 zwei im wesentlichen identische Zirkulatoren ("circulators") verwendet, mit dem Ergebnis, daß die Übertragungsleitungen TL5 jede beliebige Länge haben können und daß die Systembandbreite erhöht ist.
Das System der Fig. 9 hat die folgenden Charakteristika:
TL1: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Tx-Bandes.
TL2: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Rx-Bandes.
TL5: elektrische Länge = beliebig.
TL1 : 20 = 71 Ω.
TL2 : 20 = 71 Ω.
TL3 : 20 = 50 Ω.
TL4 : 20 = 50 Ω.
TL5 : 20 = 50 Ω.
In Fig. 9 geht der Ausgang A an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub1; + P&sub2;, und der Ausgang B geht an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub3; + P&sub4;.
In Fig. 9 ist der Phasenschieber 1 mit 91 bezeichnet und der Phasenschieber 2 mit 92.
Die Funktion der Schaltung der Fig. 10 entspricht ebenfalls derjenigen der Fig. 8a, in Fig. 10 werden jedoch zwei im wesentlichen identische Sperrfilter verwendet. Diese lassen Rx-Signale durch und unterdrücken oder dämpfen Tx-Signale. Ein sehr wichtiger Vorteil dieses Sperrfiltersystems ist, daß die Unterdrückungsanforderungen für BPF 1 gelockert sind. Wenn die Sperrfilter beispielsweise eine 20 dB-Unterdrückung oder -Dämpfung von Tx-Signalen haben, sind die Unterdrückungsanforderungen für BPF 1 um 20 dB vermindert.
Das System der Fig. 10 hat die folgenden Charakteristika:
TL1: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Tx-Bandes.
TL2: elektrische Länge = 90º im Zentrum des Rx-Bandes.
TL5: elektrische Länge = beliebig.
TL1 : Z&sub0; = 71 Ω.
TL2 : Z&sub0; = 71 Ω.
TL3 : Z&sub0; = 50 Ω.
TL4 : Z&sub0; = 50 Ω.
TL5 : Z&sub0; = 50 Ω.
In Fig. 10 geht der Ausgang A an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub1; + P&sub2;, und der Ausgang B geht an ein einzelnes Teilflächen- Element oder eine Gruppe von Teilflächen-Elementen, z. B. P&sub3; + P&sub4;.
In Fig. 10 ist der Phasenschieber 1 mit 101 bezeichnet und der Phasenschieber 2 mit 102.
Ein Beispiel eines Mikrostreifen-Sperrfilters ist in Fig. 11 gezeigt, wo W = die Breite des Mikrostreifens [mm] und L = die Länge des Mikrostreifens [mm] ist. In dieser Figur ist das Platinensubstrat ("board substrate") Rogers, R03003, 60 mil.
Die in den Fig. 6 und 8-10 gezeigten Beispiele dienen dem Darstellungszweck, daß die Grundprinzipien in der Duplexer- /Phasenschieber-Konfiguration in Verbindung mit jeder beliebigen Anzahl von Teilflächen-Elementen mit jedem beliebigen Amplituden-Abfall verwendet werden können, unter der Voraussetzung, daß das Suszeptanz-Ungleichgewicht im Knoten Q1, das durch einen Phasenschieber hervorgerufen wird, durch einen anderen Phasenschieber immer auf ungefähr null gesetzt wird, so daß die Generatorimpedanz zu BPF 1 bei Rx- Frequenzen auf 50 Ohm gehalten wird.

Strahlschaltung:

Fig. 12 zeigt ein Strahlungsdiagramm (relative Antennenverstärkung für eine Teilflächen-Antenne mit 4 Elementen) für die in Fig. 4 gezeigte Antenne, wobei sich die Antenne in der XY-Ebene befindet, während die Verstärkung als eine Funktion von θ in der XZ-Ebene gemessen wird, wenn die Antenne zusammen mit einer Duplexer-/Phasenschieberschaltung arbeitet, z. B. dem in Fig. 6 gezeigten System, wobei der Anschluß P1 und die Teilfläche P1, der Anschluß P2 und die Teilfläche P2, der Anschluß P3 und die Teilfläche P3 und der Anschluß P4 und die Teilfläche P4 über jeweilige 50 Ohm-Übertragungsleitungen verbunden sind. Das resultierende, auf einer Sendefrequenz gemessene Strahlungsdiagramm ist als die mit Tx markierte Kurve gezeigt. Da Tx-Signale an P1, P2, P3 und P4 nicht in der Phase verschoben sind, tritt die maximale Antennenverstärkung für theta = 0º auf.
Für Rx-Frequenzen wird das Strahlungsdiagramm jedoch, wie durch die beiden Kurven Rx1 und Rx2 beschrieben ist, innerhalb einer Periode T verschoben, wie in Fig. 7 gezeigt ist, so daß für eine Periode von ¹/&sub2;T die Charakteristik gleich Rx1 und für die anderen ¹/&sub2;T gleich Rx2 ist. Daher wird innerhalb einer Periode von T eine vollständige Abtastung in der ZX-Ebene durchgeführt, siehe Fig. 7. Nachdem eine ZX- Abtastung abgeschlossen ist, kann die nächste Abtastung eine Abtastung in der ZX-Ebene oder eine Abtastung in der ZY- Ebene sein, und nachdem eine ZY-Abtastung abgeschlossen ist, kann die nächste Abtastung eine ZY-Abtastung oder eine ZX-Abtastung sein.
Ein ähnliches Strahlungsdiagramm, wie die in Fig. 12 für die ZX-Ebene gezeigte, wird in der ZY-Ebene erhalten, wenn eine ZY-Abtastung durchgeführt wird.

System-Blockdiagramm:

Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm des gesamten in Fig. 1 dargestellten EME-Systems. Es weist eine ebene Array-Antenne 1301 mit vier Elementen (eine von mehreren möglichen Konfigurationen), wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben wurde, mit vier Teilflächen-Elementen oder vier Gruppen von Elementen auf, und ein 4-kanaliges Duplexersystem 1302, das eine im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebene Duplexer- /Phasenschieberschaltung mit einem Anschluß, Anschluß P1, Anschluß P2, Anschluß P3 und Anschluß P4, für jedes der Antennenelemente oder jede Gruppe von Elementen P1, P2, P3 bzw. P4 umfaßt.
Signale zu und von dem internen Einbaugerät IME werden in ein einzelnes Koaxialkabel geleitet, das in dem EME (und IME) mit einem Triplexer 1306 verbunden ist. In der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform hat der Triplexer die Funktion, die folgenden Signale zu trennen: ein an den Hochleistungsverstärker HPA 1304 geleitetes Sendesignal, ein von dem rauscharmen Verstärker LNA 1303 ausgegebenes Empfangssignal und ein ZF-Signal (Zwischenfrequenz-Signal, z. B. 21,4 MHz) von dem IME an ein AM-Modem 1305 (Amplitudenmodulator/-demodulator), und schließlich, um die Versorgungsspannung (Gleichspannung) abzutrennen. Das Ergebnis ist, daß die Störung bzw. Interferenz zwischen diesen Signalen vermindert oder vermieden wird.
Das AM-Modem 1305 weist einen Amplitudendetektor (AM-Detektor) auf, der kontinuierlich Information betreffend den Pegel des ZF-Signals an einen Einstellfehlerdetektor 1307 mit Integrations- und Auszugsfiltern liefern kann. Bei dem Beispiel in Fig. 13 können vier Hauptkomponenten vorliegen, die zur Amplitudenmodulation des von dem LNA-Verstärker ausgegebenen Empfangsignals und folglich zur Amplitudenmodulation des ZF-Signals beitragen können, nämlich:
a) Rauschen aufgrund eines sehr niedrigen Träger-zu- Rausch-Verhältnisses C/N0 in dem Empfangssystem beim Empfang von Signalen von dem Satelliten,
b) Umwandlung von PM (Phasenmodulation) in AM (Amplitudenmodulation) aufgrund Filterns des Spektrums des Empfangssignals, das von Natur aus ein PM-Signal (phasenmoduliertes Signal) sein kann,
c) Antenneneinstellfehler, der zu einer AM-Modulationsfrequenz von 1/T (siehe obige Diskussion im Zusammenhang mit Fig. 7) und deren Harmonischen und Subharmonischen führen wird, und
d) Steuersignale vom IME zum EME, die als Amplitudenmodulation auf dem ZF-Signal transportiert werden. Die Frequenz dieser Modulation sollte so hoch sein, daß Interferenz mit den bzw. Störung der unter c) erwähnten Modulationsfrequenzen vermieden wird.
Die Amplitudenmodulation auf dem unter a), b) und c) erwähnten ZF-Signal wird auch am Ausgang vom LNA gefunden. Die unter d) erwähnte Amplitudenmodulation wird lediglich auf dem ZF-Signal gefunden, da im IME Steuersignale auf dieses Signal moduliert werden.
Beim Transport von Steuersignalen vom IME zum EME wird dem Microcontroller 1310 das demodulierte Signalisierungssignal von dem 1305 eingegeben, während in dem Fall einer Signalisierung von dem EME an das IME der Microcontroller 1310 die Eingabequelle zum AM-Modem 1305 ist, welches das ZF-Signal amplitudenmodulieren wird.
Es existieren zahlreiche andere Möglichkeiten, Steuersignale zwischen dem IME und dem EME zu transportieren. Beispielsweise könnten zwei Modems verwendet werden, die niederfrequente Trägerfrequenzen verwenden, dies jedoch mit dem Ergebnis erhöhter Komplexität und Kosten. Da eine ZF- Signalfrequenz von 21.4 MHz für den Transport der unter c) erwähnten Amplitudenmodulation verwendet werden kann, kann das ZF-Signal gerade ebenso für die Steuersignalisierung verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung können zwei Signale V0 (Rechteckwellensignal) und V1 (ZY/ZX-Auswahl), wie in Fig. 7 gezeigt ist, durch den Microcontroller 1310 erzeugt und dem Duplexersystem 1302 und dem Einstellfehlerdetektor 1307 eingegeben werden. Unter Anwendung einer von diesen Signalen gesteuerten Integrations- und Auszugstechnik können bis zu zwei Achsenmotoren über Motorsteuerschaltungen 1308 (Höhenwinkel-Motorsteuerschaltung) und 1309 (Azimuth- Motorsteuerschaltung) gesteuert werden, wobei die Motorsteuerschaltungen für das in Fig. 13 gezeigte Beispiel einen Höhenwinkel-Motor 1320 bzw. einen Azimuth-Motor 1322 steuern.
Ein Winkel βe (Winkeldrehung) zwischen der Antennenebene und der Plattform 104 wird durch den Microcontroller 1310 überwacht, siehe Fig. 1. Die Überwachung kann auch an der Höhenwinkel-Motorachse durchgeführt werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn Be ungefähr 180º überschreitet, wird die Drehrichtung des Azimuth-Motors über ein der Azimuth- Steuerung 1309 eingegebenes DIR-Signal geändert. Dies ist äquivalent zu einer Phasenänderung von ungefähr 180º in der Rückkopplungsschleife, die durch die Schaltung, die eine Spannung proportional dem Einstellfehler (d. h. Ausgabe von 1307) erzeugt, und den Azimuth-Motor plus Motorsteuerung 1309 gebildet wird.
Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems, das der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform entspricht. Das System in Fig. 14 umfaßt eine lineare Array-Antenne 1401 mit vier Elementen, ein 2-kanaliges Duplexer-/Phasenschiebersystem 1402, eine LNA-Schaltung 1403, eine HPA-Schaltung 1404, ein AM-Modem 1405, eine Triplexerschaltung 1406, einen Einstellfehlerdetektor 1407 mit Integrations- und Auszugsfilterung, eine Höhenwinkel-Motorsteuerschaltung 1408, eine Azimuth-Motorsteuerschaltung 1409, einen Microcontroller 1410, einen Höhenwinkel-Motor 1420 und einen Azimuth-Motor 1422. Das System der Fig. 14 entspricht in vielerlei Hinsicht dem in Fig. 13 gezeigten Blockdiagramm, wobei der Hauptunterschied darin liegt, daß für das System der Fig. 14 die Strahlschaltung in lediglich einer Ebene durchgeführt wird, der ZX-Ebene, wie in Fig. 5 gezeigt. Das Ergebnis ist, daß lediglich ein Motor, der Azimuth-Motor, von dem während der Strahlschaltaktion gemessenen Einstellfehler gesteuert wird.
Der Höhenwinkel-Motor wird von dem Microcontroller 1410, basierend auf einer Amplitudeninformation vom Modem 1405 gesteuert. Der Microcontroller ist dazu programmiert, den Informationspegel von 1405 über eine relativ lange Zeitperiode zu mitteln und den Höhenwinkel-Motor sehr langsam zu drehen, bis ein Signalmaximum erreicht ist. Das Duplexersystem in Fig. 14 ist die in Fig. 8a dargestellte Duplexer- /Phasenschieberschaltung, die lediglich zwei Antennenausgangsanschlüsse A und B aufweist und die lediglich eine Eingabe V0 (Rechteckwellensignal) vom Microcontroller 1410 benötigt. Unter der Annahme, daß die Antennenverstärkung und -verluste in dem Antennenspeisesystem und dem Duplexersystem im wesentlichen die gleichen wie für das System der Fig. 13 sind, sind die LNA-, die HPA- und die Triplexerschaltung ähnlich den Schaltungen der Fig. 13.
Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems, das der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform entspricht. Das System der Fig. 15 umfaßt eine ebene Array-Antenne 1501 mit vier Elementen (eine von mehreren möglichen Konfigurationen), ein 4-kanaliges Duplexer-/Phasenschiebersystem 1502, eine LNA- Schaltung 1503, eine HPA-Schaltung 1504, ein AM-Modem 1505, eine Triplexerschaltung 1506, einen Einstellfehlerdetektor 1507 mit Integrations- und Auszugsfilterung, eine Höhenwinkel-Motorsteuerschaltung 1508, eine Querhöhenwinkel-Motorsteuerschaltung 1509, einen Microcontroller 1510, eine Azimuth-Motorsteuerschaltung 1511, einen Höhenwinkel-Motor 1520, einen Querhöhenwinkel-Motor 1522 und einen Azimuth- Motor 1524. Das System der Fig. 15 entspricht in vielerlei Hinsicht dem System der Fig. 13, wobei der Hauptunterschied darin liegt, daß die beiden Achsenmotor-Rückkopplungsschleifen, basierend auf den Ausgaben von dem Einstellfehlerdetektor 1507 und damit der Strahlschaltung, nicht den Höhenwinkel- und den Azimuth-Motor 1520 und 1524 steuern, sondern den Höhenwinkel- und Querhöhenwinkel-Motor 1520 und 1522, wobei der Azimuth-Motor 1524 vom Microcontroller 1510 gesteuert wird. Das Duplexersystem ist die in Fig. 6 gezeigte Duplexer-/Phasenschieberschaltung, und die Antenne ist wie in Fig. 4 gezeigt, d. h. mit vier Teilflächen oder vier Gruppen von Teilflächen-Elementen.
In Fig. 3b ist ein Winkel βe (Winkeldrehung) zwischen der Querhöhenwinkel-Achse 311 und der Plattform 304 gezeigt (die Querhöhenwinkel-Achse ist mit einer gestrichelten Linie verlängert). βe und die Winkelrotation βc des Querhöhenwinkel-Motors werden vom Microcontroller 1510 überwacht. Wenn βc eine bestimmte, durch die mechanische Konstruktion gesetzte Grenze überschreitet, wird der Azimuth-Motor so gesteuert, daß er in eine ausgewählte Richtung mit einer wohl definierten Geschwindigkeit dreht, bis βc die Grenze nicht länger überschreitet.
Der Wert von βe bestimmt die Drehrichtung des Azimuth- Motors, wie nachfolgend dargestellt ist:
falls βe kleiner als 180º und βc größer als βc max sind: dann dreht der Azimuth-Motor nach rechts.
falls βe kleiner als 180º und βc geringer als βc min sind: dann dreht der Azimuth-Motor nach links.
falls βe größer als 180º und βc größer als βc max sind: dann dreht der Azimuth-Motor nach links.
falls βe größer als 180º und βc kleiner als βc min sind: dann dreht der Azimuth-Motor nach rechts.
Abhängig von der Natur des mechanischen Getriebes zur Azimuth-Achse kann die Drehrichtung nach rechts in eine Drehrichtung nach links und umgekehrt geändert werden.

Einstellfehlerdetektor:

Fig. 16 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Version eines Einstellfehlerdetektors, die in den Systemen der Fig. 13 und der Fig. 15 verwendet werden kann, d. h. eine Version mit zwei unabhängigen Ausgangssignalen, von denen jedes einer Motorsteuerschaltung eingegeben wird. Die Ausgänge haben die Form von tiefpaßgefilterten Spannungen (Tiefpaßfilter 1611 und 1612), die nahezu proportional zum Einstellfehler der Antenne sind. Ein Ausgang stellt den Einstellfehler in der ZX-Ebene dar, während der andere Ausgang den Einstellfehler in der ZY-Ebene darstellt. Die Ausgänge werden den Motorsteuerschaltungen zugeführt, von denen jede zum Steuern der Geschwindigkeit eines Schrittmotors oder eines Gleichspannungsmotors ausgebildet ist. Der Ausgang A führt zu der Motorsteuerschaltung (z. B. Höhenwinkel) und der Ausgang B zu der Motorsteuerschaltung (z. B. Azimuth, wie in Fig. 13, oder Querhöhenwinkel, wie in Fig. 15). Dem Einstellfehlerdetektor werden drei Signale eingegeben, von denen ein Signal ein Signal V2 vom AM-Modem ist, das die Amplitude z. B. des von dem IME gesandten 21,4 MHz-ZF- Signals darstellt. Die anderen beiden Eingangssignale sind ein Signal V0 und ein Signal V1, die vom Microcontroller kommen (siehe Fig. 7). V0 ist vorzugsweise ein Rechteckwellensignal mit einer Zeitperiode T, d. h. die Frequenz 1/T Hz wird zum Steuern eines Schalters 1613 verwendet, der am Eingang einer Integrations- und Auszugsschaltung 1606 angeordnet ist. V0 triggert auch eine monostabile Schaltung (Δ t1 - positiv flankengetriggert) 1609 an der positiv ansteigenden Flanke. Die Verstärker 1602 (X(A)) und 1603 (X(-A)) haben die gleiche numerische Verstärkung, haben jedoch eine Phasendifferenz von im wesentlichen 180º. Während einer Abtastung in einer der Ebenen ZX oder ZY sollte der Verstärker 1602 mit der Integrations- und Auszugsschaltung 1606 für eine Zeitperiode gleich 34T gekoppelt sein, während der Verstärker 1603 mit der Schaltung 1606 für die verbleibende Zeitperiode ¹/&sub2;T gekoppelt wird. Während der Periode T führt der Integrationsteil der Schaltung 1606 eine Integration durch und erreicht am Ende von T einen Endwert, der nachfolgend Vint genannt wird, wobei der Wert Vint in eine oder zwei Abtast- und Halteschaltungen 1607 oder 1608 abgetastet wird, abhängig von der Position eines Schalters 1614. Die Abtast- und Halteaktion wird als Folge eines Pulses mit einer Dauer Δt1 durchgeführt, der von der monostabilen Schaltung 1609 ausgegeben wird, wobei der Puls wiederum eine andere monostabile Schaltung 1610 (Δt2 - negativ flankengetriggert) triggert, was zu einem Puls der Dauer Δt2 führt. Dieser Puls wird zum Herausziehen ("dump") von Vint verwendet, was dem Zurücksetzen des Integrators im wesentlichen auf eine Null-Ausgabe entspricht. Die Auszugsaktion der Schaltung 1606 wird nahezu unmittelbar nach dem Ablauf der Abtast- und Halteaktion der Schaltungen 1607 oder 1608 initiiert. Zwei Verzögerungsschaltungen 1604 und 1605 mit einer Verzögerung von Δt = Δt1 + Δt2 werden verwendet, um zu verhindern, daß ein Schalten der Schalter 1613 oder 1614 vor der Abtast- und Halteaktion der Schaltungen 1607 oder 1608 und der Auszugsaktion der Schaltung 1606 stattfindet.
Das Signal V1 wird für die Steuerung des Schalters 1614 und für die Auswahl der Ebene ZX oder ZY verwendet, in welcher die Abtastung durchgeführt wird, siehe Fig. 13 oder Fig. 15. Wenn eine Abtastung in beispielsweise der ZX-Ebene durchgeführt wird, wird das Ergebnis der Abtastung Vint der geeigneten Motorsteuerschaltung weitergeleitet, welche die Richtung des Empfangs des maximalen Signals in dieser Ebene durch Ausführen einer Winkeldrehung der Antenne über den Achsenmotor steuert.
Das Signal V2 von dem AM-Modem wird in einer Hochpaßfilterschaltung 1601 hochpaßgefiltert, deren 3 dB-Frequenz ungefähr 0,2 · 1/T ist. Das Ausgangssignal V3 von der Schaltung 1601 wird den beiden Verstärkern 1602 und 1603 eingegeben. Falls der Antenneneinstellfehler ungefähr null ist, wird das Signal V3, obwohl es noch sehr verrauscht ist, während einer Abtastperiode T nahezu konstant sein, was dazu führt, daß Vint im wesentlichen null ist. Falls jedoch ein Einstellfehler vorliegt, wird das Signal V3 in der ersten und der zweiten Hälfte der Periode T unterschiedliche Werte haben, was wiederum einen von null verschiedenen Wert für Vint erzeugen wird.
Falls ein Einstellfehler vorliegt, dann wird das Signal V3, die hochpaßgefilterte Ausgabe des Signals V2 vom AM-Modem, die Form eines verrauschten Rechteckwellensignals mit der Frequenz von 1/T Hz haben, wenn Strahlschaltung in einer Ebene, ZX oder ZY, durchgeführt wird, und die Form einer Kombination von Rechteckwellensignalen mit der Frequenz 1/2T, wenn Strahlschaltung in zwei Ebenen, ZX und ZY, durchgeführt wird. Die Amplitude der Rechteckwelle des Signals V3 wird nahezu proportional zum Einstellfehler sein. Jedoch wird das Signal V3 durch das Rauschen stark nachteilig beeinflußt werden, aufgrund des von dem Satelliten empfangenen sehr geringen Signalpegels. Um ein hohes Signal- zu-Rausch-Verhältnis zu erhalten und dadurch die bestmögliche Information für die Motorsteuersysteme zu erreichen wird, wird ein optimales Filtern oder angepaßtes Filtern des Signals V3 benötigt. Ein solches Filtern wird durch die Integrations- und Auszugstechnik über die Schaltung 1606 durchgeführt.
In Fig. 16, Δt 0,005 T.
Fig. 17 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Ausführungsform eines Einstellfehlerdetektors, der in dem System von Fig. 14 verwendet werden kann. Der Detektor von Fig. 17 umfaßt ein Hochpaßfilter 1701, zwei Verstärkerschaltungen 1702 (X(A)) und 1703 (X(-A)), eine Verzögerungsschaltung 1704 (Verzögerung Δt = Δt1 + Δt2), einen Schalter 1705, eine Integrations- und Auszugsschaltung 1706, eine Abtast- und Halteschaltung 1707, ein Tiefpaßfilter 1708, eine monostabile Schaltung 1709 (Δt1 - positiv flankengetriggert) und eine monostabile Schaltung 1710 (Δt2 - negativ flankengetriggert). Der Detektor von Fig. 17 arbeitet auf eine Weise entsprechend dem Detektor von Fig. 16, mit der Ausnahme, daß Strahlschaltung lediglich in einer Ebene durchgeführt und folglich lediglich ein Motor durch die Ausgabe A zu einer Motorsteuerschaltung gesteuert wird.

Das Empfängersystem (Hochfrequenzteil):

Das für die Antennenstabilisierungs-/Satellitenverfolgungsfunktion verwendete Satellitensignal sollte ziemlich konstant und ununterbrochen sein. Da dies für das Signal auf einem Verkehrskanal nicht immer der Fall ist, muß der Empfänger gewöhnlich die Möglichkeit haben, gleichzeitig auf zwei Frequenzen oder zwei Kanäle abgestimmt zu werden, von denen der eine die Frequenz eines Verkehrskanals, Stimme, Fax, Daten etc., und der andere die Frequenz eines konstanten Trägers oder modulierten Trägers, der von dem Satelliten gesendet wird, ist. Diese Kanäle werden nachfolgend jeweils als Kanal 1 bzw. Kanal 2 bezeichnet. Ein Empfängersystem für den Empfang dieser beiden Kanäle sollte daher vorzugsweise zwei Empfänger umfassen, die nachfolgend REC 1 (für Empfangskanal 1) bzw. REC 2 (für Empfangskanal 2) genannt werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind REC1 und REC2 aus elektronischen Bauteilen in dem EME und aus elektronischen Bauteilen in dem IME zusammengesetzt. REC1 und REC2 teilen sich die elektronischen Bauteile im EME, welche Teile umfassen: eine Antenne, wie 1301, 1401 oder 1502; ein Duplexer-/Phasenschiebersystem, wie 1302, 1402 oder 1502; einen rauscharmen Verstärker LNA, wie 1303, 1403 oder 1503; und einen Triplexer, wie 1306, 1406 oder 1506.
Die übrigen Bauteile von REC1 und REC2 sind in das IME eingebaut, wie in Fig. 18 gezeigt ist, die ein Beispiel (Blockdiagramm) einer Ausführungsform eines in dem IME implementierten zweikanaligen Empfängers zeigt. In Fig. 18 sind lediglich die Hochfrequenzteile (HF-Schaltung) dargestellt, während die Niederfrequenzteile, wie Basisband- Schaltungen, CPU, Stromversorgung etc., nicht gezeigt sind. REC1 und REC2 teilen sich so viele der elektronischen Bauteile in Fig. 18 wie möglich, in diesem Fall einen Triplexer 1801, einen Mischer 1802 und einen Referenzoszillator 1806 (5,7 MHz).
Die folgenden Schaltungen beziehen sich vollständig auf REC1 : 1804 (Verfolgungsfilter 1 ("tracking filter") + Verstärker), 1810 (110,8 → 144,8 MHz PLL, Δf = 100 kHz), 1811 (Mischer + 45 MHz Filter + Verstärker), 1813 (23,6 ± 0,05 MHz PLL, Δf = 1,25 kHz), 1815 (Mischer), 1816 (Filter 21,4 MHz ± 10 kHz) und 1818 (Verstärker), und die folgenden Schaltungen beziehen sich vollständig auf REC2 : 1803 (Verfolgungsfilter 2 + Verstärker), 1807 (110,8 → 144,8 MHz PLL, Δf = 100 kHz), 1808 (23,6 ± 0,05 MHz PLL, Af = 1,25 kHz), 1809 (Mischer + 45 MHz Filter + Verstärker), 1812 (Mischer), 1814 (Filter 21,4 MHz ± 2 kHz), 1817 (Verstärker) und 1819 (AM-Modem).
Sowohl REC1 als auch REC2 verwenden eine Dreifach-Abwärts- Umwandlung und geben ein 21,4 MHz-ZF-Signal aus. Beispielsweise ermöglicht das Frequenzband der lokalen Oszillatoren 1807, 1808, 1810 und 1813, daß REC1 und REC2 das Empfangsfrequenzband 1525-1559 MHz abdecken. Es sei bemerkt, daß das 21,4 MHz-ZF-Signal von REC2 bei der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform an das IME über den Triplexer 1801 geschickt wird und in dem EME für die Antennenstabilisierung/Satellitenverfolgung verwendet wird.
In Fig. 18 ist eine Schaltung 1805 ein 1459,2 MHz PLL, 1820 ein Filter und 1821 ein Mischer + Verstärker. Die Eingabe A ist ein Tx-ZF (Stimme, Daten, Fax) 167 → 210,3 MHz, die Eingabe B eine Steuersignalisierung zum EME, die Ausgabe C eine Steuersignalisierung vom EME und die Ausgabe D ein Verkehrskanal, 21,4 MHz (Stimme, Daten, Fax).
Auf dem Gebiet der Empfängerentwicklung ist es übliche Praxis, daß bei einem Anstieg des Signalpegels die Filterbandbreite in der Abwärts-Wandlerkette vermindert wird. Beispielsweise ist für REC1 die Bandbreite der Schaltung 1804 kleiner als die Bandbreite von BPF1 in Fig. 8, und die Bandbreite der Schaltung 1811 ist kleiner als die Bandbreite der Schaltung 1804. Schließlich ist die Bandbreite der Schaltung 1816 kleiner als die Bandbreite der Schaltung 1811. Das gleiche Prinzip wird für REC2 angewandt.
Es gibt verschiedene andere mögliche Arten, REC1 und REC2 auszubilden. Beispielsweise könnte das gesamte REC2 in das EME eingebaut sein, mit eigenen Referenzoszillator und Lokaloszillatorsystem. Dies würde bedeuten, daß kein ZF- Signal vom IME zum EME transportiert werden müßte. Andererseits müßte ein komplexeres System für die Kommunikation zwischen den beiden Einheiten eingerichtet werden.
Es sei betont, daß, wenn keine Steuersignal-Kommunikation zwischen dem IME und dem EME vorliegt, das amplitudenmodulierte Signal vom Verstärker 1817 gerade so durch das AM- Modem 1819 gelangt, als ob das Modem 1819 ein Verstärker mit einem Einheitsverstärkungsfaktor wäre. Wenn eine Steuersignalisierung oder eine Signalkommunikation zwischen den beiden Einheiten IME und EME stattfindet, wird das Verfolgungssystem einer kleinen Störung ausgesetzt sein. Jedoch ist bei der bevorzugten Ausführungsform eine Steuersignal- Kommunikation zwischen den beiden Einheiten nicht sehr häufig und wird lediglich kurze Dauer haben, um Störungen zu minimieren.

Das Sendesystem (Hochfrequenzteil):

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Sendesystem in einen in das EME eingebauten Teil und einen weiteren, in das IME eingebauten Teil aufgeteilt. Diese beiden Teile sind über ein Koax-Kabel miteinander verbunden, das alle Signale zwischen dem EME und IME überträgt. Beispielsweise sind die folgenden Sendeschaltungen in das EME eingebaut: eine Antenne, wie 1301, 1401 oder 1501; ein Duplexersystem, wie 1302, 1402 oder 1502; ein Hochleistungsverstärker HPA, wie 1304, 1404 oder 1504; und ein Triplexer, wie 1306, 1406 oder 1506. Beispielsweise sind die folgenden Sendeschaltungen in das IME eingebaut: ein Triplexer 1801 und ein Aufwärts-Wandler, der aus einem Mischer plus Verstärker 1821 und Filter 1820 besteht. Die Sendezwischenfrequenz TX-ZF kann, wie in Fig. 18 gezeigt, auf verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannte Weisen erzeugt werden. Die TX-ZF-Schaltung und der Modulator sind daher nicht gezeigt.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen von Empfänger- und Sendesystemen sind lediglich die Hochfrequenzteile der Systeme behandelt worden. Entsprechende Niederfrequenzteile dieser Systeme sind jedoch auf diesem Gebiet der Technik wohlbekannt.

EME mit verbesserter Softwarerealisierung:

Obwohl der Microcontroller, wie 1310, 1410 oder 1510, siehe Fig. 13, 14 und 15, lediglich dazu ausgebildet ist, einen kleineren Teil der in dem Verfolgungssystem auszuführenden Aufgaben zu lösen, wäre es normal, den Microcontroller so einzurichten oder zu programmieren, daß er verschiedene andere auszuführende Aufgaben durchführt, wie die Funktion des Einstellfehlerdetektors, wie 1307, 1407 oder 1507. Gleichzeitig sollte der Microcontroller auch in der Lage sein, die Funktion des AM-Modems durchzuführen. Falls der Microcontroller eine ausreichende DSP-Kapazität (DSP = "Digital Signal Processing", d. h. digitale Signalverarbeitung) hat, könnte er auch die Filterfunktion des Filters 1814 in Fig. 18 durchführen, und damit die Eigenschaft der adaptiven Anpassung der Filterbandbreite und -form an das tatsächlich empfangene Signalspektrum im REC2 ermöglichen.

Claims

1. Verfahren zur Zwei-Wege-Kommunikation zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station, wobei jede besagte Station Empfangsmittel und Sendemittel zum Empfangen und Senden elektromagnetischer Kommunikationssignale umfaßt, die erste Station eine Array-Antenne zum Senden und Empfangen der elektromagnetischen Kommunikationssignale zu und von der zweiten Station aufweist, die Array-Antenne eine Richtung optimalen Sendens oder Richtung elektrischer Sendeausrichtung hat, die im wesentlichen konstant bezüglich einer körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne oder einer Achse senkrecht zu einer Ebene, welche die Array-Antenne hauptsächlich umfaßt, ist, und die Array-Antenne mit den Empfangsmitteln und den Sendemitteln der ersten Station über elektrische Speisemittel gekoppelt ist,

wobei ein oder mehrere Signale von der ersten Station zur zweiten Station gesendet werden, und die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne der ersten Station gesteuert wird, gekennzeichnet durch die Schritte des:

elektrischen Änderns oder Schaltens der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station - ohne deren Senderichtung zu ändern - in eine oder mehreren Richtungen, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind, durch Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel,

Überwachens eines oder mehrerer Signale, während des Schaltens der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung, die Information tragen, welche Variationen in der Empfangssignalstärke eines oder mehrerer während des Schaltens von der zweiten Station gesendeten und von der ersten Station empfangenen Signale darstellt, und

mechanischen Bewegens der Antenne in Antwort auf die Ergebnisse des Überwachens des (der) Signalstärke- Informationssignals(e), wodurch die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse so geändert wird, daß Einstellfehler der Antenne bezüglich der zweiten Station vermindert oder minimiert werden und die Stärke der durch die erste Station von der zweiten Station und/oder umgekehrt empfangenen Signalstärken erhöht oder maximiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die elektrische Charakteristik der Speisemittel so geändert werden, daß die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung für Empfangssignale mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Empfangsfrequenzbandes geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem (ein) ausgestrahlte(s) Sendesignal(e) eine Frequenz innerhalb eines zugeteilten Sendefrequenzbandes aufweist/aufweisen und vom Schalten auf Empfangsfrequenzen in dem Sinn unbeeinflußt bleiben, daß es keinen oder nur sehr geringen Schaltstrahlverlust gibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das elektrische Schalten so durchgeführt wird, daß das Frequenzspektrum eines Signals, das von der Antenne der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder der Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet wird, von dem Schalten im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das elektrische Schalten so durchgeführt wird, daß Signalen, die von der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder der Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet werden, im wesentlichen keine Phasen- und/oder Amplitudenverzerrung aufgeprägt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren ferner folgendes umfaßt:

wenigstens teilweises Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendefrequenzbereiches durch ein Empfangsfrequenzfiltermittel, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, und

wenigstens teilweises Dämpfen von Signalen innerhalb des Empfangsfrequenzbereiches durch ein Sendefrequenzfiltermittel, das mit den Sendemitteln der ersten Station gekoppelt ist, wobei das Empfangsfrequenzfiltermittel eine Frequenzcharakteristik aufweist, die von der Frequenzcharakteristik des Sendefrequenzfiltermittels verschieden ist, so daß die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station in Verbindung mit der Antenne im wesentlichen gleichzeitig, jedoch bei verschiedenen Frequenzen arbeiten können.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Station ein Satellit ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektromagnetischen Kommunikationssignale Funksignale sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem das Empfangsfrequenzfiltermittel eine Charakteristik hat, die Frequenzen in dem Bereich von 1525-1559 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchläßt, und/oder das Sendefrequenzfiltermittel eine Charakteristik hat, die Frequenzen in dem Bereich von 1626,5-1660,5 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchläßt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Antenne wenigstens zwei Array-Elemente, wie zwei Teilflächen-Elemente, umfaßt, wobei das Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel ein Verschieben der Phase von Signalen, die von den Array-Elementen empfangen werden, umfaßt, unter Anwendung von Phasenverschiebungsmitteln, die Teil der Speisemittel sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrischen Speisemittel so gestaltet sind, daß sie hauptsächlich als ein System mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm arbeiten.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei welchem das Empfangs- und Sendefrequenzfiltermittel Teil der Speisemittel sind, und das Empfangs- und Sendefrequenzfiltermittel vorzugsweise eine charakteristische Impedanz von im wesentlichen etwa 50 Ohm innerhalb des Frequenzbereiches der empfangenen Signale bzw. des Frequenzbereiches der zu sendenden Signale darstellen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei welchem das Empfangsfiltermittel wenigstens 4048, vorzugweise wenigstens 60 oder 65 dE, Dämpfung von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches hat, und/oder das Sendefiltermittel wenigstens 40 dB, vorzugsweise wenigstens 60 oder 65 dB, Dämpfung von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches hat.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem die Phasenverschiebungsmittel und die Speisemittel so gestaltet sind, daß in den Phasenverschiebungsmitteln im wesentlichen kein Strom oder lediglich ein relativ niedriger Strom durch Sendesignale hervorgerufen wird, so daß der Verlust an Sendeleistung in Phasenschiebern vermindert ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welchem das Speisemittel Sperrfiltermittel zum Dämpfen von Signalen umfaßt, die hauptsächlich innerhalb des Frequenzbereiches der Sendesignale liegen, und dadurch Dämpfungsanforderungen des Empfangsfrequenzfiltermittels bezüglich des Sendesignalfrequenzbereiches um wenigstens 15 dE, vorzugsweise wenigstens 2048, vermindert.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welchem die Phasenverschiebung so durchgeführt wird, daß beim Kombinieren der phasenverschobenen Signale die Auswirkungen der Phasenverschiebung im wesentlichen keine oder lediglich eine geringe Auswirkung auf die Generatorimpedanz des kombinierten Signals haben, mit der Auswirkung, daß die Rauschzahl und der Verstärkungsfaktor des LNA (rauscharmen Verstärkers) konstant und somit unabhängig von der Phasenverschiebung gehalten werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei welchem die Phasenverschiebung eine Verschiebung mit einer vorbestimmten Phase umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei welchem die Antenne einen linearen Array von Elementen umfaßt, der es erlaubt, daß das elektrische Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene durchgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei welchem die Antenne einen ebenen Array von Elementen mit wenigstens vier Array-Elementen umfaßt, der es erlaubt, daß das elektrische Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene und/oder einer zweiten Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene liegt, durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, bei welchem die Phasenverschiebung periodisch mit einer Frequenz durchgeführt wird, die vorzugsweise in dem Bereich von 1 Hz - 500 kHz, bevorzugter in dem Bereich von 50 Hz - 150 Hz und noch bevorzugter etwa 100 Hz, sein kann.

21. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem das elektrische Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb der ersten Ebene und der zweiten Ebene durchgeführt wird, wobei während einer vorbestimmten Zeitperiode mehr Änderungen innerhalb der ersten Ebene als in der zweiten Ebene durchgeführt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei welchem das elektrische Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs so durchgeführt wird, daß wenigstens zwei Richtungen optimalen Empfangs innerhalb jeder Schaltebene erhalten werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die erhaltenen Richtungen optimalen Empfangs innerhalb jeder Ebene um einige Grad, beispielsweise 15º, auseinander liegen.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei welchem die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne auf der Basis von Variationen in der Stärke der kombinierten Empfangssignale gesteuert wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 24, bei welchem die phasenverschobenen Empfangssignale kombiniert werden, das kombinierte Signal amplitudenmoduliertes Signal ist, das durch Unterschiede in Amplituden von empfangenen Signalen aufgrund von durch die Phasenverschiebung hervorgerufenen Änderungen in der Richtung optimalen Empfangs hervorgerufen wird, und bei welchem ein die in dem kombinierten Signal enthaltenen Amplitudenunterschiede darstellendes, demoduliertes Signal erzeugt und für die Überwachung verwendet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Überwachung des demodulierten Signals ein Verstärken und Filtern des demodulierten Signals während wenigstens einer Phasenverschiebungsperiode umfaßt, wobei die Phasenverschiebungsperiode ein Schalten der Richtung optimalen Empfangs zwischen wenigstens zwei Richtungen verursacht.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das Vorzeichen der Verstärkung in Antwort auf die Verschiebung von Phasen im wesentlichen umgekehrt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, bei welchem das demodulierte Signal durch eine Integrations- und Auszugstechnik gefiltert oder angepaßt-gefiltert wird, so daß ein optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis für Motorsteuerservos erhalten wird.

29. Verfolgungssystem zum Verfolgen einer Quelle elektromagnetischer Energie, wobei das System eine erste Station mit Empfangsmitteln und Sendemitteln zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Kommunikationssignale aufweist, und die erste Station ferner folgendes umfaßt:

eine Array-Antenne zum Senden und Empfangen der elektromagnetischen Kommunikationssignale zu und von der Energiequelle, wobei die Array-Antenne eine Richtung optimalen Sendens oder Richtung elektrischer Sendeausrichtung aufweist, die bezüglich einer körperlichen Ausrichtungsachse der Antenne oder einer Achse senkrecht zu einer Ebene, welche die Array-Antenne hauptsächlich umfaßt, im wesentlichen konstant ist,

elektrische Speisemittel zum Koppeln der Antenne an die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station, gekennzeichnet durch

ein Mittel zum elektrischen Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station - ohne deren Senderichtung zu ändern - in eine oder mehreren Richtungen, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind, durch Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel,

ein Mittel zum Überwachen eines oder mehrerer Signale während des Schaltens der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung, die Information tragen, welche Variationen in der Empfangssignalstärke eines oder mehrerer Signale darstellt, die während des Schaltens von der Energiequelle gesendet und von der ersten Station empfangen werden, und

ein Mittel zum mechanischen Bewegen und/oder Winkelbewegen der Antenne, und

ein Mittel zum Steuern der Bewegung der Antenne in Antwort auf die Ergebnisse des Überwachens des (der) Signalstärke-Informationssignals(e), wodurch die Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse so geändert wird, daß Einstellfehler der Antenne bezüglich der Quelle elektromagnetischer Energie vermindert oder minimiert werden.

30. System mit einem Verfolgungssystem nach Anspruch 29 zur Kommunikation zwischen der ersten Station und einer zweiten Station, umfassend Empfangsmittel und Sendemittel zum Senden und Empfangen der elektromagnetischen Kommunikationssignale.

31. System nach Anspruch 29 oder 30, bei welchem die erste Station ferner umfaßt:

ein Sendefrequenzfiltermittel, das mit den Sendemitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches, und

ein Empfangsfrequenzfiltermittel, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches, wobei das Empfangsfrequenzfiltermittel eine Frequenzcharakteristik aufweist, die von der Frequenzcharakteristik des Sendefrequenzfiltermittels verschieden ist, so daß die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station in Verbindung mit der Antenne im wesentlichen gleichzeitig, jedoch bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten können.

32. System nach einem der Ansprüche 29 bis 31, bei welchem das Mittel zum Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel so gestaltet ist, daß es die elektrische Charakteristik derart ändert, daß die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung für Empfangssignale mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Empfangsfrequenzbandes geändert wird.

33. System nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei das System zum Senden von Signalen mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Sendefrequenzbandes so gestaltet ist, daß ein Strahlschaltverlust vermieden wird, selbst wenn Strahlschalten auf Empfangsfrequenzen durchgeführt wird.

34. System nach einem der Ansprüche 29 bis 33, bei welchem das Mittel zum elektrischen Schalten der Richtung optimalen Empfangs so gestaltet ist, daß es das Schalten derart durchführt, daß das Frequenzspektrum eines Signals, das von der Antenne der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet wird, von dem Schalten im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.

35. System nach einem der Ansprüche 29 bis 34, bei welchem das Mittel zum elektrischen Schalten der Richtung optimalen Empfangs so gestaltet ist, daß es das Schalten derart durchführt, daß Signalen, die von der ersten Station hauptsächlich entlang der Richtung optimalen Sendens oder der Richtung elektrischer Sendeausrichtung gesendet werden, im wesentlichen keine Phasen- und/oder Amplitudenverzerrung aufgeprägt wird.

36. System nach einem der Ansprüche 31 bis 35, bei welchem das Empfangsfrequenzfiltermittel so gestaltet ist, daß es Frequenzen in dem Bereich von 1525-1559 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchläßt, und das Sendefrequenzfiltermittel so gestaltet ist, daß es Frequenzen in dem Bereich von 1626,5-1660,5 MHz ohne wesentliche Dämpfung durchläßt.

37. System nach einem der Ansprüche 29 bis 36, bei welchem die Antenne wenigstens zwei Array-Elemente, wie zwei Teilflächen-Elemente, umfaßt, und das Mittel zum Ändern der elektrischen Charakteristik der Speisemittel Phasenverschiebungsmittel umfaßt, die zum Verschieben der Phase von Signalen gestaltet sind, die von den Array-Elementen empfangen werden.

38. System nach einem der Ansprüche 29 bis 37, bei welchem die elektrischen Speisemittel so gestaltet sind, daß sie hauptsächlich als ein 50 Ohm-System arbeiten.

39. System nach einem der Ansprüche 31 bis 38, bei welchem das Empfangs- und das Sendefrequenzfiltermittel Teil der Speisemittel sind, und das Empfangs- und das Sendefrequenzfiltermittel vorzugsweise eine charakteristische Impedanz von im wesentlichen etwa 50 Ohm innerhalb des Frequenzbereiches der empfangenen Signale bzw. des Frequenzbereiches der zu sendenden Signale darstellen.

40. System nach einem der Ansprüche 31 bis 39, bei welchem das Empfangsfiltermittel wenigstens 40 dB, vorzugsweise wenigstens 60 oder 65 dB Dämpfung von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches hat, und/oder das Sendefiltermittel wenigstens 40 dB, vorzugsweise wenigstens 60 oder 65 dB Dämpfung von Signalen innerhalb des Empfangssignalfrequenzbereiches hat.

41. System nach einem der Ansprüche 37 bis 40, bei welchem die Phasenverschiebungsmittel und die Speisemittel so gestaltet sind, daß im wesentlichen kein Strom oder lediglich ein relativ geringer Strom in den Phasenverschiebungsmitteln durch Sendesignale erzeugt wird.

42. System nach einem der Ansprüche 37 bis 41, bei welchem das Speisemittel Sperrfiltermittel zum Dämpfen von Signalen umfaßt, die hauptsächlich innerhalb des Frequenzbereiches der Sendesignale liegen, und dadurch Dämpfungsanforderungen an die Empfangsfrequenzfiltermittel bezüglich des Sendesignalfrequenzbereiches um wenigstens 15 dB, vorzugsweise wenigstens 20 dB, vermindert.

43. System nach einem der Ansprüche 37 bis 42, bei welchem die Speisemittel und die Phasenverschiebungsmittel so gestaltet sind, daß beim Kombinieren der phasenverschobenen Signale die Auswirkungen der Phasenverschiebung im wesentlichen keine oder lediglich eine relativ geringe Auswirkung auf die Generatorimpedanz des kombinierten Signals haben.

44. System nach einem der Ansprüche 37 bis 43, bei welchem das Phasenverschiebungsmittel so gestaltet ist, daß es die Phase eines Signals um eine vorbestimmte Phase verschiebt.

45. System nach einem der Ansprüche 37 bis 44, bei welchem die Antenne einen linearen Array von Elementen umfaßt, der ein elektrisches Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene zuläßt.

46. System nach einem der Ansprüche 37 bis 45, bei welchem die Antenne einen ebenen Array von Elementen mit wenigstens vier Array-Elementen umfaßt, der ein elektrisches Ändern der Richtung optimalen Empfangs innerhalb einer ersten Ebene und/oder einer zweiten Ebene zuläßt, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Ebene sein kann.

47. System nach einem der Ansprüche 37 bis 46, bei welchem das Mittel zum elektrischen Ändern der Richtung optimalen Empfangs so gestaltet ist, daß es die Phasenverschiebung periodisch mit einer Frequenz durchführt, die vorzugsweise in dem Bereich von 1-500 kHz, bevorzugter in dem Bereich von 50-150 Hz und noch bevorzugter etwa 100 Hz, sein kann.

48. System nach einem der Ansprüche 46 bis 47, bei welchem das Mittel zum elektrischen Ändern der Richtung optimalen Empfangs so gestaltet ist, daß es die Richtungsänderung derart steuert, daß wenigstens zwei Richtungen maximaler Verstärkung innerhalb jeder Schaltebene erhalten werden.

49. System nach Anspruch 48, bei welchem das Mittel zum elektrischen Ändern der Richtung optimalen Empfangs so gestaltet ist, daß es die Richtungsänderung derart steuert, daß die erhaltenen Richtungen optimalen Empfangs innerhalb jeder Ebene um einige Grad, beispielsweise 15º, auseinander liegen.

50. System nach einem der Ansprüche 43 bis 49, bei welchem das Überwachungsmittel so gestaltet ist, daß es die kombinierten Empfangssignale überwacht, und das Mittel zum Steuern der mechanischen Bewegung und der Winkelbewegung der Antenne so gestaltet ist, daß es die Bewegung in Antwort auf Variationen in der Stärke der kombinierten Empfangssignale steuert.

51. System nach einem der Ansprüche 37 bis 50, bei welchem das Speisemittel so gestaltet ist, daß es ein kombiniertes Signal durch Kombinieren von Empfangssignalen erzeugt, die von den Phasenverschiebungsmitteln ausgegeben werden, wobei das kombinierte Signal ein amplitudenmoduliertes Signal ist, das durch Unterschiede in der Amplitude der empfangenen Signale aufgrund von durch die Phasenverschiebung hervorgerufenen Änderungen in der Richtung optimalen Empfangs hervorgerufen wird, wobei das System ferner folgendes umfaßt: ein Demodulationsmittel zum Erzeugen eines demodulierten Signals, das die Amplitudenunterschiede des kombinierten Signals darstellt, wobei das demodulierte Signal dem Überwachungsmittel eingegeben wird.

52. System nach Anspruch 51, bei welchem das Überwachungsmittel ferner ein Verstärkungsmittel und ein Filtermittel zum Verstärken und Filtern des demodulierten Signals während wenigstens einer Phasenverschiebungsperiode umfaßt, wobei die Phasenverschiebungsperiode ein Schalten der Richtung optimalen Empfangs zwischen wenigstens zwei Richtungen verursacht.

53. System nach Anspruch 52, bei welchem das Filtermittel so gestaltet ist, daß es ein angepaßtes Filtern unter Anwendung einer Integrations- und Auszugstechnik durchführt.

54. System nach Anspruch 52 oder 53, bei welchem das Verstärkungsmittel so gestaltet ist, daß es das Vorzeichen der Verstärkung in Antwort auf die Verschiebung von Phasen im wesentlichen umkehrt.

55. System nach einem der Ansprüche 29 bis 54, bei welchem das Mittel zum mechanischen Bewegen und/oder Winkelbewegen der Antenne wenigstens einen Achsenmotor, vorzugsweise zwei oder drei Achsenmotoren, umfaßt.

56. System nach Anspruch 55, bei welchem wenigstens ein Achsenmotor so gestaltet ist, daß er die Antenne in Antwort auf ein oder mehrere Steuersignal(e) bewegt, das (die) von dem Mittel zum Steuern der Bewegung der Antenne als ein Ergebnis der Überwachung des Schaltens der elektrischen Empfangsausrichtung ausgegeben wird (werden).

57. Elektrische Speisemittel zur Verwendung in einem Verfolgungssystem gemäß Anspruch 29, umfassend Duplexermittel zum Koppeln der Antenne an die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station, und Phasenverschiebungsmittel zum elektrischen Ändern oder Schalten der Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung der Antenne der ersten Station - ohne deren Senderichtung zu ändern - in eine oder mehreren Richtungen, die gegenüber der Richtung der körperlichen Ausrichtungsachse versetzt sind.

58. . Speisemittel nach Anspruch 57, bei welchem die Duplexermittel folgendes umfassen:

ein Empfangsfrequenzfiltermittel, das mit den Empfangsmitteln der ersten Station gekoppelt ist, zum wenigstens teilweisen Dämpfen von Signalen innerhalb des Sendesignalfrequenzbereiches, wobei das Empfangsfrequenzfiltermittel eine Frequenzcharakteristik aufweist, die von der Frequenzcharakteristik des Sendefrequenzfiltermittels verschieden ist, so daß die Empfangsmittel und die Sendemittel der ersten Station in Verbindung mit der Antenne im wesentlichen gleichzeitig, jedoch bei unterschiedlichen Frequenzen, arbeiten können.

59. Speisemittel nach Anspruch 57 oder 58, bei welchem die Phasenverschiebungsmittel so gestaltet sind, daß sie die Richtung optimalen Empfangs oder elektrischer Empfangsausrichtung für ein beliebiges Empfangssignal mit einer Frequenz innerhalb eines zugeteilten Empfangsfrequenzbandes ändern.

60. Speisemittel nach einem der Ansprüche 57 bis 59, bei welchem die Duplexermittel so gestaltet sind, daß sie Sendesignale innerhalb eines zugeteilten Sendefrequenzbandes von dem Sendemittel zu der Antenne weiterleiten.