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Der Gegenstand der vorliegende Erfindung hat
eine Satellitenempfangsvorrichtung für Signale, insbesondere für Fernsehsignale,
zum Gegenstand und umfasst eine planare Antenne.
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Es ist bekannt, eine Strahlabtastung
mit Hilfe von Parabolantennen durchzuführen, die mit zugeordneten
Motoren für
die Drehung der gesamten Antenne mechanisch gesteuert werden. Es
handelt sich jedoch um eine schwierig umzusetzende Lösung wegen
des beträchtlichen
Volumens des Reflektors und den Abtastmechanismen. Die Motoren,
die im allgemeinen lineare Betätigungsglieder
sind, sind hinter der Antenne angeordnet und nehmen einen großen Raum
ein, dessen Tiefe in dem Maße
stark zunimmt wie das Volumen der Konstruktion, die aus dem Reflektor
und dessen Betätitungsvorrichtungen
gebildet ist.
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Darüber hinaus muss der Motor sehr
leistungsfähig
sein und gleichzeitig eine ausreichende Steifigkeit bereitstellen,
um die Drehung der Antenne sowie ihre genaue Position zu gewährleisten.
Die Folge hiervon ist, dass der Motor kompliziert, teuer und platzraubend
ist, und Stromstärken
erfordert, die zu ihrer Steuerung geeignet sind.
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Weitere Vorrichtungen, zum Beispiel
jene, die in der englischen Patentanmeldung GB 2 295 493 (JAPAN
RADIO) und in dem amerikanischen Patent
US 5 359 337 (JAPAN RADIO) vorgeschlagen
sind, weisen ein Gehäuse
auf, das eine planare Antenne umschließt, jedoch sind diese voluminös und schwer.
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Die Grundidee der Erfindung ist die
Verwendung einer Empfangsvorrichtung, die einem Motor oder einem
Mechanismus zugeordnet ist, planar ist und ein geringes Gewicht
aufweist.
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Die Erfindung betrifft somit eine
Satellitenempfangsvorrichtung, die eine planare Antenne mit wenigstens
einer in einer Ebene der Antenne angeordneten Drehachse, eine Befestigungsstütze, eine Mitnahmevorrichtung,
die funktionell mit der Befestigungsstütze und der Antenne verbunden
ist, um die Antenne um ihre Drehachse oder ihre Drehachsen drehen
zu lassen, sowie ein Gehäuse,
in dessen Innerem die planare Antenne angeordnet ist, aufweist. Dieses
Gehäuse
ermöglicht
es, den beweglichen Teil der Antenne von der Wirkung des Windes
zu schützen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse geschlossen ist und eine
Oberfläche
aufweist, die nach außen von
dem Gehäuse
konkav sein kann, und die einen ersten und einen zweiten Bereich
aufweist, die an einen ersten und an einen zweiten Bereich der planaren
Antenne angrenzen, wenn die Antenne in einer ersten bzw. in einer
zweiten maximalen Winkelorientierung angeordnet ist.
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Das Gehäuse weist vorteilhafterweise
wenigstens eine für
Hochfrequenzstrahlen durchlässige Oberfläche auf.
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Die planare Antenne kann eine viereckige Form
aufweisen, zum Beispiel kann es sich um eine quadratische Antenne
handeln, und die Drehachse kann entlang einer der Diagonalen dieses
Vierecks angeordnet sein.
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Eine zweite Drehachse, zum Beispiel
senkrecht zu der vorgenannten Drehachse, kann die Seiten (Az) – Höhen (El) – Drehung
ermöglichen.
Eine dritte Drehachse kann die Drehung der Polarisation ermöglichen.
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Die Mitnahmevorrichtung kann einen
Stellantrieb umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann
die Mitnahmevorrichtung einen Antriebsmechanismus mit Getriebe umfassen.
Dieser Mechanismus kann aus zwei Motoren für eine (Az)-(El)-Orientierung
gebildet sein.
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Gemäß einer ersten Variante weist
die Mitnahmevorrichtung einen Motor auf, der eine stetige Verschiebung
der Antenne erzeugt.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten
Variante umfasst die Mitnahmevorrichtung einen Mechanismus, der
mehrere vorbestimmte Orientierungen der Antenne (schrittweise Steuerung)
gewährleistet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlicher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung,
die als nicht einschränkendes
Beispiel in Verbindung mit den Zeichnungen gegeben ist, in denen:
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1 eine
Schnittansicht einer Empfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 die
planare Antenne der 1 und
ihren Mitnahmemechanismus darstellt, betrachtet von der Rückseite
der Antenne; und
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3 eine
Variante darstellt, bei der die Mitnahmevorrichtung einen Antriebsmotor
mit Getriebe aufweist.
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Man sieht in den Figuren, dass die
planare Antenne 1, zum Beispiel mit quadratischem Umriss, die
Ränder 11 auf weist,
unter der Wirkung einer Mitnahmevorrichtung, die einen Motor 3,
eine Spindelhülse 4 und
eine lineare Spindelstange 5 umfasst, um eine Achse 2,
zum Beispiel eine Diagonale des Quadrats, drehen kann. Der Motor 3 ist
bei 6 am Boden eines Gehäuses 20 mit Hilfe
einer Verbindung befestigt, die einen Freiheitsgrad der Rotation
parallel zur Achse 2 erlaubt. Das Ende der Spindelstange 5 ist über eine
Verbindung 8, die an einem von der Drehachse 2 entfernten
Punkt angebracht ist, an der Rückseite 14 der
Antenne 1 befestigt. Die Verbindung 8 erlaubt
eine Ausfederung durch Drehung parallel zur Drehachse 2 der
Antenne 1.
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Es ist somit möglich, die Antenne um die Achse 2 drehen
zu lassen, indem die Spindelstange 5 durch den Motor 3 ausgefahren
oder zurückgefahren
wird.
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Das Gehäuse 20 weist einen
Körper 22 auf, der
die Antenne 2 umgibt und dessen Kontur in 2 gestrichelt dargestellt ist. Das Gehäuse ist
durch eine Wand 25 abgeschlossen, die die Bildung einer
für Hochfrequenzstrahlen
durchlässigen
Antennenkuppel ermöglicht.
Um das Aussehen der Antenne zu verbessern, kann diese Wand 25 eine
Kontur aufweisen, deren Hohlfläche
von dem Gehäuse
nach außen gerichtet
ist, das heißt
in Richtung der Satelliten, die die Antenne 1 empfangen
soll.
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Die Mitnahmevorrichtung ermöglicht eine Winkelausschlag α der Antenne.
In einer ersten, in 1 in
durchgezogener Linie dargestellten Position, gelangt der Rand 31 der
Oberseite 12 der Antenne in unmittelbare Nähe des Endbereichs 27 der Wand 25,
während
das Ende 32 der Unterseite 14 der Antenne in die
Nähe des
Bodens 21 gelangt.
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Aus Symmetriegründen ist es in der anderen, in 1 in gestrichelten Linien
dargestellten Endposition das Ende 33 der Unterseite 14 der
Antenne 1, das sich in der Nähe des Bodens 21 befindet,
das Ende 34 der Vorderseite 12 der Antenne 1 grenzt
an den Bereich 29 des Randes 25.
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Das Gehäuse 20 bildet ein
Gestell, das unter einem geeigneten Winkel, zum Beispiel bezüglich einer
veränderten
Polarachse, mit Hilfe einer Stützbefestigung 10 an
einer Mauer befestigt werden kann. Die Befestigungsstütze kann
in der Mitte der Antenne oder nur neben dem einen oder dem anderen
Rand angeordnet sein.
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Es gibt planare Antennen 1,
die für
Fernseh- und Rundfunktempfang über
Satelliten ausgelegt sind, die einen Strahl in einer oder zwei Polarisationen
empfangen können.
Diese Antennen umfassen ein Netz von Strahlern, die die eigentliche
Antenne bilden, geschützt
durch eine "Abdeckung", die für Hochfrequenzstrahlung
durchlässig
ist.
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Die planare Antenne 1 ist
mir ihrer Drehachse in geeigneter Position, zum Beispiel entlang
einer geänderten
Polarachse, montiert. Diese Drehachse ist parallel zu einer Basis
des Bodens 21 des Gehäuses 20.
Es kann sich um eine diagonale Achse 2 oder auch um eine
Achse 2' handeln,
die parallel zu den Seiten 11 ist.
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In einer vereinfachten Version, die
zum Beispiel, um zwei Satelliten zu empfangen, zur Ausrichtung der
Antenne nach zwei Positionen geeignet ist, kann der Motor 3 durch
einen einfachen Mechanismus ersetzt werden, der zum Beispiel mit
Hilfe von Elektromagneten zwischen zwei Positionen schaltbar ist,
wodurch es möglich
ist, die planare Antenne 1 an zwei Endanschlägen zu positionieren.
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Es ist außerdem möglich, Mechanismen einzusetzen,
die von vornherein eine größere Anzahl von
festen Positionen aufweisen.
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Da die planare Antenne 1 und
die Mitnahmemechanismen 3, 4, 5 gleichzeitig
im Inneren des Gehäuses 20 angebracht
sind, das die Antennenkuppel bildet, sind sie gleichzeitig von der
Umwelt und von den Auswirkungen des Windes geschützt. Da die drehbare, planare
Antenne somit keinen Luftwiderstand mehr aufweist und auch keinen
speziellen Schutz mehr erfordert, muss der Mechanismus weder sehr
leistungsstark, noch sehr starr zu sein, und er kann folglich einfacher
und kostengünstiger
sein und eine geringere Leistung oder einen kleineren Strom benötigen, um
ihn zu versorgen. Darüber
hinaus profitiert die Elektronik 15 (rauscharmer Empfänger) von
einem zusätzlichen
Schutz, so dass sie im Inneren des Gehäuses oder Gestells 20 angeordnet werden
kann.
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Das äußere Aussehen der Vorrichtung
entspricht dem einer planaren Antenne der Dicke E, die an einer
Mauer befestigt ist. Der Nachstellwinkel für die Abtastung ist eine Funktion
der äußeren Dicke
E, die für
typische Anwendungen im allgemeinen nicht größer als etwa 10% der Größe der Antenne
in Europa ist.
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Die so gebildete Empfangsvorrichtung
weist ein Minimum an mechanischen Belastungen auf, da es nicht notwendig
ist, die beweglichen Teile gegen starke Winde zu schützen.
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Der rauscharme Empfänger 15 ist
an der Rückseite 14 der
planaren Antenne 1 montiert und verschiebt sich im allgemeinen
mit ihr. Das Schnittstellenkabel kann im Inneren des Gehäuses oder
Gestells 20 angeordnet sein, und ein flexibles Verbindungskabel
nach außen
des Gestells kann so angeordnet sein, dass es durch eine Öffnung des
Gestells 20 hindurch geht. Man kann eine andere Art einer drehbaren
Verbindung vorsehen, zum Beispiel ein koaxiales Drehgelenk. Man
wird feststellen, dass das Gehäuse 20 nicht
notwendigerweise hermetisch abgeschlossen ist.
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Das Gehäuse 20 und die Antenne 1 können mit
ihrer entsprechenden Drehachse zum Beispiel entlang einer veränderten
polaren Achse angeordnet sein, wie es im diagonalen Modus (Achse 2)
dargestellt ist, oder im sogenannten Normalmodus (Rotationsachse 2'). Im dargestellten
Modus und für
eine planare Antenne 1 mit eienr Seite von 45 cm, liegt
die maximale horizontale Abmessung, d. h. die Diagonale, in der
Größenordnung
von 64 cm.
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Um EUTELSAT bei 13 E und ASTRA bei 19,2
E zu empfangen, müssen
der Strahl und somit die planare Antenne 1 zum Beispiel
eine Rotation um etwa ± 3,4° um die zentrale
Position (α =
6,8) erfahren, wobei diese zentrale Position die Position ist, die für die äußere Orientierung
des Gestells 20 gewählt ist.
Dadurch verschieben sich die Ränder 31, 32, 33 und 34 der
horizontalen Diagonale um etwa ± 2 cm, so dass das Gestell 20 eine
Gesamtdicke E von ungefähr
4 cm erhält.
Wenn die planare Antenne 1 eine Dicke von ungefähr 1 cm
aufweist, ist eine Gesamtdicke in der Größenordnung von 5 bis 6 cm ausreichend.
Die vordere Antennenkuppel 25 kann gekrümmt sein, wobei ihre Hohlfläche nach
außen
gerichtet ist, oder zwei planare Seiten 26 und 28 aufweist,
die untereinander einen Winkel bilden, der an den gewünschten
Winkelausschlag α angepasst
ist. Geht man davon aus, dass 2 die
montierte Antenne mit der polaren Drehachse 2 darstellt,
so kann man sich dafür
entscheiden, die Schaltung 15 an der unteren Seite des
Gestells und den Steuermechanismus an dessen oberem Teil anzuordnen.
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In der Praxis hat die Wand 25,
die die Antennenkuppel 25 bildet, nur einen vernachlässigbaren Einfluss
auf die Eigenschaften der Antenne, sofern das Material gut gewählt ist.
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Die Herstellung der planaren Antenne
gemäß der Erfindung
kann auf dem gleichen Verfahren basieren wie die feststehende planare
Antenne des Standes der Technik. Die Abmessungen der vorderen Antennenkuppel
sind an die Randbedingungen als Folge der Drehung des Netzes angepasst.
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Es ist interessant, festzustellen,
dass planare Antennen eine Bündelweite
mit mittlerer Leistung aufweisen, die geringer als die von Parabolantennen gleichen
Durchmessers ist, was in der Verteilung der gleichmäßigen Amplitude
begründet
liegt, die im allgmeinen bei planaren Antennen verwendet wird. Das bringt
ein besseres Unterdrücken
der Interferenzen im Falle von Satelliten mit sich, die einen geringen Abstand
voneinander aufweisen, und bei jenen mit kleinen Antennen können selbst
im Inneren der Hauptkeule Interferenzen auftreten. Zum Beispiel weist
eine planare Antenne mit einer Seite von 45 cm eine Bündelweite
von 2,8° bei
12 GHz auf, während eine
Parabolantenne von 60 cm Durchmesser eine Bündelweite von 2,9° aufweist.
Eine Parabolantenne von 45 cm Durchmesser weist eine Bündelweite
von ungefähr
3,9° auf.
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Schließlich ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
festzustellen, in dem Sinne, dass die Drehung der Antenne 1 bei
ihrer Verschiebung keine Defokussierungsphänomene einführt, wie man es bei einer Parabolantenne
mit mehreren Empfangsköpfen vorfinden
würde.
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Die planare Antenne 1 kann
so ausgeführt sein,
wie die, die in dem europäischen
Patent EP-252 779, angemeldet am 4. Juni 1987, beschrieben ist.
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3 stellt
eine Ausführungsform
dar, bei der der Peilmechanismus 40, mit zum Beispiel 2 Achsen,
einen Motor 41 aufweist, der ein treibendes Getriebe 42 aufweist,
und bei dem die Antenne ein angetriebenes Getriebe 43 aufweist,
vom Typ wie jene, die man bei fernsteuerbaren Fahrzeugrückblickspiegeln
vorfinden kann.