DE69925827T2

DE69925827T2 - Vorrichtung zur verfolgung von nicht-geostationären satelliten

Info

Publication number: DE69925827T2
Application number: DE69925827T
Authority: DE
Inventors: Ali Louzir; Henri Fourdeux; Patrice Hirtzlin
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Technicolor SA
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: CN1297594A; WO1999056347A1; EP1074064A1; BR9910135A; ES2244185T3; US20030020652A1; DE69925827D1; CN1122330C; JP4219556B2; HUP0101576A2; KR100584892B1; AU3154499A; FR2778043A1; EP1074064B1; JP2002513230A; KR20010042874A; HUP0101576A3; ID27828A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und/oder zum Empfang von Signalen in einem System zur Kommunikation über nicht-geostationäre Satelliten.
Bis heute erfolgten die kommerziellen Telekommunikationen über Satelliten nahezu ausschließlich über geostationäre Satelliten, die insbesondere vorteilhaft sind wegen ihrer sich nicht ändernden Lage am Himmel. Jedoch weisen geostationäre Satelliten größere Nachteile auf, wie beträchtliche Dämpfungen der übertragenen Signale aufgrund der Entfernung, die die Antennen der Benutzer von dem geostationären Satelliten trennen (in der Größenordnung von 36.000 km steigen die entsprechenden Verluste auf etwa 205 dB im Ku-Band an) und Übertragungsverzögerungen (im allgemeinen in der Größenordnung von 250 ms bis 280 ms) werden deutlich wahrnehmbar und stören insbesondere Echtzeit-Anwendungen, wie Telefonie, Videokonferenzen, usw.. Außerdem bildet der geostationäre Orbit, der in der Äquatorebene liegt, ein Problem in der Sichtbarkeit für Gebiete mit hohen geographischen Breiten, und die Elevationswinkel werden für Gebiete in der Nähe der Pole sehr gering.
Die Alternativen zu der Anwendung eines geostationären Satelliten sind:

– die Anwendung von Satelliten in geneigten elliptischen Orbits, wobei die Satelliten nahezu stationär über dem Gebiet liegen bei der geographischen Breite ihres Apogäums oder Erdferne für eine Dauer von möglicherweise bis zu mehreren Stunden,
– die Durchführung von Konstellationen von Satelliten in zirkularen Orbits, insbesondere in einem niedrigen Orbit ("Low Earth Orbit" oder LEO) oder Mittelorbit ("Mid Earth Orbit" oder MEO) die Satelliten der Konstellation, die innerhalb der Sichtbarkeit des Benutzerterminals für eine Dauer von einigen 10 Minuten bis zu ungefähr einer Stunde fliegen.

In beiden Fällen kann der Service nicht permanent von einem einzigen Satelliten übernommen werden, und die Kontinuität des Service erfordert, dass mehrere Satelliten nacheinander über den Servicebereich fliegen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Antennenvorrichtung zur Verfolgung der nicht-geostationären Satelliten zu bilden, die über vorbestimmte Umlaufbahnen fliegen, und zu ermöglichen, dass wenigstens zwei Satelliten, die in dem Bereich der Sichtbarkeit der Vorrichtung aufeinander folgen, zu erfassen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Senden und/oder zum Empfang von Signalen in einem System zur Kommunikation über nicht-geostationäre Satelliten mit Mitteln mit mehreren Brennpunkten vom Typ mit einer symmetrischen Linse mit einer Fokussierfläche mit mehreren Brennpunkten, gekennzeichnet durch:

– eine kontinuierliche Folge von strahlenden Elementen oder eine Gruppe von strahlenden Elementen und/oder unabhängigen Empfängern, wobei die strahlenden Elemente in der Nähe von Brennpunkten der Fokussierfläche angeordnet sind,
– elektronische Schaltmittel, die mit den strahlenden Elementen gekoppelt sind, für eine betriebsmäßige Umschaltung wenigstens eines Elements für einen ersten Brennpunkt und einem zweiten Element für einen zweiten Brennpunkt bei Schaltungen zur Verarbeitung der jeweiligen Lage eines ersten Brennpunktes und einem zweiten Element für einen zweiten Brennpunkt auf Schaltungen zur Verarbeitung der Signale, die zur Verarbeitung der Signale, die gesendet und/oder verarbeitet werden, wobei die Brennpunkte den jeweiligen Lagen des ersten und eines zweiten Satelliten in einem bestimmten Zeitpunkt entsprechen,
– Mittel zur Steuerung der Umschaltmittel zur Ermittelung des ersten und/oder des zweiten Elements entsprechend den jeweiligen Lagen des ersten und des zweiten Satelliten in dem bestimmten Zeitpunkt.

Der Ausdruck "aktiv" bezeichnet jedes Element, das einen Austausch eines Hauptteils der Nutzdaten mit in gleicher Weise sogenannten "aktiven" Satelliten bewirkt, während der Ausdruck "passiv" ein anderes Element bezeichnet, das Signalisierungsdaten und wenig Nutzdaten mit einem anderen, sogenannten "passiven" Satelliten austauscht.
Auf diese Weise ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Sendung und/oder den Empfang von wenigstens zwei Strahlen, die bei verschiedenen Stellen fokussiert werden und beim Umschalten von einem Satelliten auf einen anderen keine Umschaltverluste erleiden.
Gemäß einer Ausführungsform enthalten die Schaltmittel Schalteinheiten mit ersten Schaltern, die mit einem Eingang mit der Schaltung zur Verarbeitung der Sendesignale verbunden sind und mit NXM Ausgängen mit den NXM strahlenden Elementen und/oder zweiten Schaltern verbunden sind mit NXM Eingängen, die mit den NXM strahlenden Elementen verbunden sind, und mit einem Ausgang mit der Schaltung zur Verarbeitung der Empfangsmittel der Empfangssignale verbunden sind, und die Reihe der strahlenden Elemente die Form einer Matrix mit N Reihen und M Spalten aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Reihe von strahlenden Elementen, die Schaltmittel und die Schaltungen zur Verarbeitung der Übertragung und/oder des Empfangs auf derselben Schicht eines Substrats angeordnet sind.
Die ganze Zahl N wird derart vorbestimmt, dass eine Azimut-Sichtbarkeit über einen vorbestimmten Azimut-Winkel ermöglicht wird. Die Elevation soll in der vorliegenden Patentanmeldung verstanden werden als der Winkel zwischen der Horizontalebene und dem Radius R, der durch den Mittelpunkt der Vorrichtung und dem Satelliten in einer augenblicklichen Ebene der Umlaufbahn liegt. Der Azimut ist ebenso definiert als der Winkel zwischen dem Radius R und der Vertikalen der Ebene quer zu der augenblicklichen Ebene der Umlaufbahn.
In dem besonderen Fall, wo die Umlaufbahnen der nicht-geostationären Satelliten stationär sind oder nahe zueinander bleiben, wird die ganze Zahl M derart gewählt, dass ihre Verfolgung durch eine Azimuteinstellung des Strahls um einen voreingestellten Azimutwert erfolgt.
Es ergibt sich der Vorteil einer Zunahme von M relativ zu N um eine Einheit für eine Änderung in der Verstärkung von ±0,5 dB in dem Azimut beziehungsweise in der Elevation um eine bestimmte Richtung der Strahlung entsprechend dem Maximalwert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Folge von strahlenden Elementen, die Schaltmittel und die Schaltungen zur Verarbeitung der Sende- und/oder Empfangssignale auf derselben Schicht eines Substrats angeordnet.
Die Folge von strahlenden Elementen ist auf einer ersten Schicht geätzt, unter der eine zweite Schicht mit den Schaltern und den Schaltungen zur Verarbeitung der Sende- und/oder Empfangssignale liegt.
Die Folge von strahlenden Elementen ist auf einer ersten Schicht des Substrats geätzt, unter der eine zweite und eine dritte Schicht angeordnet sind, die die Schaltmittel bzw. die Schaltungen für die Verarbeitung der Sende- und/oder Empfangssignale enthält.
Erste Erregerleitungen sind auf einer zweiten Schicht geätzt für die Sendung und/oder den Empfang eines ersten Strahls, und zweite Erregerleitungen sind auf der dritten Schicht geätzt für die Sendung und/oder den Empfang eines zweiten Strahls.
In vorteilhafter Weise sind Schlitze auf der Unterseite der ersten Schicht geätzt und bilden eine Erdebene, um so den Austausch von Energie mit den unteren Schichten zu ermöglichen.
Um eine Verfolgung des ersten Satelliten zu ermöglichen, wenn seine Flugbahn im Azimut abweicht, während der zweite Satellit auf seiner nominellen Flugbahn erwartet wird, enthält die Vorrichtung erste und zweite unabhängige Übertragungsmittel neben der Fokussierfläche, die in einer kontinuierlichen Reihe von strahlenden Elementen angeordnet sind. Daher ist die letzte Lösung vorteilhaft insbesondere in dem Fall, wo die nicht-synchronen Satelliten beträchtliche Abweichungen in dem Azimut aufweisen. Insbesondere macht sie möglich, den Wert der ganzen Zahl M auf 1 zu verringern, was einer elektronischen Elevationsverfolgung entspricht, während eine mechanische Verfolgung im Azimut gewährleistet ist.
In vorteilhafter Weise sind die ersten und zweiten Übertragungsmittel mit Betätigungsmitteln verbunden, die Mittel enthalten für die Drehung der ersten und zweiten Übertragungsmittel zur Orientierung der letzteren derart, dass sie der Azimutenspurverfolgung der Satelliten ermöglicht.
Vorzugsweise enthalten diese Mittel zur Drehung eine Drehachse, die durch den Mittelpunkt der Lüneburg-Linse läuft, um die die ersten und zweiten Übertragungsmittel sich drehen können.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung Steuermittel zur Steuerung von Motoren der Elemente und der Betätigungsmittel.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Fokussierelement der Vorrichtung eine sphärische Lüneburg-Linse.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung für die Verfolgung von nicht-stationären Satelliten vorgesehen.
Es kann in der Vorrichtung ein Vorteil sein, wenn sie außerdem Übertragungs- und/oder Empfangsmittel enthält, die in der Nähe eines Punktes auf der Fokussierfläche der Vorrichtung liegen und in der Lage sind, ständig mit wenigstens einem geostationären Satelliten zu kommunizieren. Vorzugsweise ist dieses dritte Element fest oder fixiert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels an einem nicht-einschränkenden Beispiel anhand der beigefügten Figuren:
1a zeigt ein Diagramm eines Vertikalschnitts einer Ausführungsform der Verfolgungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
1b zeigt eine diagrammatisch Ansicht der Vorrichtung gemäß der in 1a dargestellten Erfindung entlang dem Schnitt A-A,
2a zeigt ein Diagramm einer Variante der Verfolgungsvorrichtung der 1a und 1b,
2b zeigt eine Ansicht der Vorrichtung gemäß der in 2a dargestellten Erfindung entlang dem Schnitt B-B,
3a ist eine detaillierte Ansicht des in 1b dargestellten Bereichs D und zeigt einen Vertikalschnitt einer ersten Schicht von so genannten "Patchen" gegenüber dem Strahlungsabstand, eine zweite Schicht von Speiseschaltungen für diese Patche zum Senden eines ersten Strahls und eine dritte Schicht von Schaltungen zur Speisung der Patche 16, die einen zweiten Strahl senden können.
3b zeigt die verschiedenen Schaltungen, die die zweite Schicht von 3a enthält,
3c zeigt die verschiedenen Schaltungen, die die dritte Schicht von 3a enthält,
4a ist eine detaillierte Ansicht einer Variante des Bereichs D von 1a und zeigt die erste Schicht von strahlenden Elementen, die zu dem Strahlungsbereich ausgerichtet sind, eine zweite Schicht für die Verarbeitung der zu sendenden Signale und eine dritte Schicht zur Verarbeitung der empfangenen Signale,
4b zeigt die zweite Schicht zur Verarbeitung der zu sendenden Signale von 4a,
4c zeigt die dritte Schicht zur Verarbeitung der empfangenen Signale von 4a,
5 zeigt die Schlitze auf der Fläche gegenüber der Fläche, die die strahlenden Elemente der ersten Schicht enthält.
Zur Vereinfachung der Beschreibung dienen dieselben Bezugszeichen in den letzen Figuren zur Bezeichnung der Elemente, die identische Funktionen ausüben.
Gemäß der in den 1a und 1b beschriebenen Ausführungsformen enthält die Verfolgungsvorrichtung eine vollständig sphärische Lüneburg-Linse 2 aus einem dielektrischen Material, dessen Eigenschaften für sich bekannt sind. An den beiden Enden eines Durchmessers 4 enthält sie zwei Einstellknöpfe 3. Die Ebene schräg zu dem Schnitt der 1a über den Durchmesser 4 begrenzt die Linse 2 in zwei Halbkugeln 2₁ und 2₂ , wobei die Halbkugel 2₁ dem Strahlungsabstand gegenüberliegt, wo sich die Satelliten 1₁ und 1₂ befinden, während die Halbkugel 2₂ mit ihrer Fokussierfläche 5 gegenüber einem Satz von strahlenden Elementen 6 liegt. Dieser Satz 6 wird unterstützt durch eine elektrisch transparente Kappe 61 (hergestellt aus einem Polysterenschaum), die auf diese Weise die Rolle der Schnittstelle zwischen der letzteren und dem Satz 6 spielt. Der Satz 6 und die Kappe 61 haben die Form eines Halbbogens mit einem rechteckförmigen Querschnitt. Die strahlenden Elemente 6 bestehen aus sogenannten "Patchen" 7, deren Anordnung später erläutert wird. Der Satellit 1 liegt in der Sichtbarkeit des aktiven Patch 6_a , während der Satellit 1₂ in der Sichtbarkeit des Patch 6_p liegt für eine aktive Verfolgung. Zu dem Schnitt der 1b sollte bemerkt werden, dass das Patch 6_a es ermöglicht, den Satelliten 1₁ zu sichten. Einstellknöpfe 3 ermöglichen die Einstellung der Sichtung der Vorrichtung azimutal bei der Einrichtung, wie es durch den Doppelpfeil 60 dargestellt ist. Die Vorrichtung 60 ist verbunden mit einer internen Einheit, auf deren Gehäuse die Vorrichtung ruht, wobei diese Einheit nicht ein nicht-dargestellter Fernsehdecoder ist.
2a zeigt eine doppelte Schicht von primären Quellen 8 und 9 auf unabhängigen Trägern 10 beziehungsweise 11. Da die azimutale mechanische Einstellung der beiden Träger 10 und 11 unabhängig ist, kann die aktive primäre Quelle 8_a weiterhin den Satelliten 1₁ sichten, während die Quelle 9_p zur Verfolgung des Satelliten 1₂ aktiv ist. Das schließt nicht die Tatsache aus, dass die Quelle 9_p dem Satelliten 1₂ folgt, jedoch ist das Frequenzband für den Austausch von Informationen mit dem Satelliten 1₂ relativ zu dem Frequenzband verringert, das zu dem Austausch von Informationen zwischen dem Satelliten 1₁ und der aktiven primären Quelle 8_a gehört. Das wird im Folgenden deutlicher erläutert.
Den aktiven Quellen 6_a , 8_a entspricht ein sogenannter aktiver Strahl 12_a , während die passiven Quellen 6_p , 9_p einem sogenannten passiven Strahl 12_p entsprechen. Die Steuerung der Träger 10, 11 erfolgt jeweils durch Motore 100, 110, deren Betätigung selbst durch Steuermittel 36, 46 gesteuert wird, die im Folgenden beschrieben werden.
3a ist eine detaillierte Ansicht des in 1a dargestellten Bereichs D und zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erste Schicht 13 von Patchen 16 gegenüber dem Strahlungsraum, eine zweite Schicht 14 von Schaltungen zur Speisung der Patche 16, die geeignet sind zum Senden/Empfangen eines ersten Strahls, und eine dritte Schicht 15 von Schaltungen zur Speisung der Patche 16, geeignet zum Senden/Empfangen eines zweiten Strahls. 3b zeigt die Speiseschaltung für die Patche 16, die auf der zweiten Schicht von 3a liegt und in der Lage ist, den ersten Strahl zu erregen, während 3c die Eigenschaften identisch zu 3b für die Erregung des zweiten Strahls erläutert. Der Ausdruck "Strahl" dient in der vorliegenden Patentanmeldung zur Bezeichnung jedes Austausches zwischen einem Patch 16 und einem Satelliten, sowohl beim Senden als auch beim Empfang.
Die obere Fläche der ersten Schicht 13 zeigt die Patche 16, angeordnet derart, dass eine Anordnung von N Reihen und M Spalten entsteht, wobei zur Vereinfachung der Beschreibung hier N = 4 und M = 3 ist. Es sei bemerkt, dass diese Werte als Beispiel benutzt werden und dass N in der Größenordnung von 50 für eine Elevationsabdeckung von 10° bis zu 90° liegen kann. Die untere Fläche der Schicht 13 enthält eine metallisierte Oberfläche 18, die eine für die drei Schichten der Schaltungen gemeinsame Erdebene bildet. In 5 detaillierte Schlitze 19 sind in der Erdebene 18 geätzt und ermöglichen die Strahlung der Wellen zwischen den Patchen 16 und der zweiten und der dritten Schicht 14 beziehungsweise 15. Die untere Oberfläche der zweiten Schicht 14 enthält die Speiseschaltung 17 für das Patch 16 (aktiv oder passiv), die den ersten Strahl (aktiv oder passiv) senden/erfassen kann, während die dritte Schicht 15 die Speiseschaltung 20 für das Patch 16 (passiv bzw. aktiv) enthält, geeignet zur Sendung/Erfassung des zweiten Strahls (passiv bzw. aktiv).
In 3b erregen die Speiseleitungen die Patche 16 auf orthogonalen Seiten. Erste Reihen 17₁ führen die durch die Patche 16 und die Steueranschlüsse 21₁ eines Schalters 21 empfangenen Signale, von denen ein Ausgang 21₂ eine Frequenzumsetzschaltung 22 steuert zur Umsetzung der derart umgesetzten Signale in ein sogenanntes Satelliten-Intermediate Band (oder SIB) zu einer Einheit innerhalb des nicht dargestellten Gehäuses. Es sollte bemerkt werden, dass dieses BIS-Band im Rahmen einer Kommunikationsvorrichtung eines Life-Fernsesatelliten genormt ist. In dem vorliegenden Zusammenhang ist es nicht obligatorisch, dieses selbe Band für die Umsetzung in die Zwischenfrequenz zu erfassen.
Zweite Leitungen 17₂ gehen von einem zweiten Schalter 23 aus und übertragen die zu dem Satelliten zu sendenden Signale. Der zweite Schalter 23 wählt das Patch 16 zur Sichtung des Satelliten. Der Eingang des Schalters 23 ist mit einer Frequenzum setzschaltung 24 verbunden, deren Eingang mit der Einheit in dem Gehäuse verbunden ist.
Jede Frequenzumsetzschaltung 23, 24 sowie die danach erwähnten Schaltungen enthalten in für sich bekannter Weise einen Mischer 25 und einen lokalen Oszillator 26 für die Frequenzumsetzung. In einem Weg nach unten enthalten die Frequenzumsetzschaltungen außerdem einen Verstärker 27 mit geringem Rauschen, während in einem Weg nach oben die Frequenzumsetzschaltungen einen Leistungsverstärker 28 enthalten.
In 3c erregen die Speiseleitungen die Patche 16 auf orthogonalen Seiten. Dritte Leitungen 29₁ übertragen die durch die Patche 16 empfangenen Signale und speisen die Anschlüsse 30₁ eines dritten Schalters 30, von dem ein Ausgang 30₂ eine Frequenzumsatzschaltung 31 für die Übertragung der derart umgesetzten Signale in ein Satelliten-Zwischenfrequenzband zu der inneren Einheit steuert. Vierte Leitungen 29₂ gehen aus von einem vierten Schalter 32 und übertragen die zu dem Satelliten zu übertragenden Signale. Der vierte Schalter 32 wählt das Patch 16 für die Sichtung des Satelliten. Der Eingang des Schalters 32 ist mit einer Frequenzumsetzschaltung 33 verbunden, deren Eingang mit der inneren Einheit verbunden ist.
Es sollte außerdem erwähnt werden, dass die Schalter 21, 23 durch die erste Überwachungsschaltung 34 gesteuert werden, die es ermöglicht, das Patch 16 zu wählen, das den ersten Satelliten sichten kann, während die Schalter 30, 32 durch die zweite Überwachungsschaltung 35 gesteuert werden, die es ermöglicht, das Patch 16 zu wählen, das in der Lage ist, den zweiten Satelliten zu sichten. Zum Beispiel sind in der vorliegenden Ausführungsform die ersten und zweiten Steuermittel in dem Microcontroller 36 enthalten, der, gespeichert in einem Speicher 37, Informationen enthält, wie die Vorgeschichte oder Historie der Laufbahn der Satelliten, undsoweiter, und außerdem einen Verstärkungswert aufweist, der die Rolle oder des Schwellwerts spielt für die Detektion eines Satelliten, unterhalb dessen der Microcontroller 36 entweder auf das benachbarte Patch 16 umschalten muss, um den Satelliten zu verfolgen, oder das den zweiten Satelliten sichtende Patch 16 mit dem zweiten Strahl. Die Schalter 21, 23, 30 und 32 sind zum Beispiel elektronische Chips mit k Steuermarkierungen, die mit dem Microcontroller 36 und mit NXM Markierun gen mit verschiedenen Patchen 16 und einer Eingangs- oder Ausgangsklemme verbunden sind.
4a ist eine detaillierte Ansicht einer Variante des Bereichs D von 1a und zeigt die erste Schicht 13 von Patchen 16, die zu dem Strahlungsabstand orientiert sind, eine zweite Schicht 37 für die Verarbeitung der zu übertragenden Signale und eine dritte Schicht 38 zur Verarbeitung der empfangenen Signale. 4b zeigt die zweite Schicht 37 zur Verarbeitung der zu sendenden Signale von 4a, während 4c die dritte Schicht 38 zur Verarbeitung der empfangenen Signale von 4a darstellt.
Die untere Oberfläche der zweiten Schicht 37 enthält eine Speiseschaltung 38 für das Patch 16, das den ersten und zweiten Strahl senden kann, während die dritte Schicht 38 die Speiseschaltung 39 für das Patch 16 enthält, das den ersten und den zweiten Strahl empfangen kann.
Es sollte hier bemerkt werden, dass in den 3a bis 3c der Empfangs- und Sendeweg in zwei orthogonalen Polarisationen erfolgt. Das ist offensichtlich nicht obligatorisch, ermöglicht jedoch eine bessere Trennung zwischen dem Sende- und dem Empfangsweg. Die Sendung/Empfang des ersten Strahls erfolgt in zwei orthogonalen Polarisationen auf der Schicht 14, und die Sendung/Empfang des zweiten Strahls erfolgt in zwei orthogonalen Polarisationen auf der Schicht 15.
Andererseits wird das Patch 16 durch zwei gegenüberliegende Seiten erregt, um so den ersten Strahl und den zweiten Strahl getrennt auf der Schicht 37 zu übertragen und den ersten Strahl und den zweiten Strahl getrennt auf der Schicht 38 zu erfassen.
Zusätzlich kann die Struktur, die ein einziges Patch 16 auf der ersten Substratschicht 13 enthält, ersetzt werden durch eine Struktur, die zwei von einer Substratschicht getrennte Patche enthält, die einander gegenüberliegen und in Resonanz sind mit im wesentlichen verschobenen Frequenzen, um das Frequenzband zu verbreitern.
In 4b erregen die Speiseleitungen 38 die Patche 16 auf gegenüberliegenden Seiten. Erste Leitungen 38₁ übertragen die auf einem ersten Strahl zu sendenden Signale gemäß einer Polarisation, und zweite Leitungen 38₂ übertragen die auf einem zweiten Strahl zu sendenden Signale gemäß derselben Polarisation. Diese Leitungen 38₁ , 38₂ sind jeweils mit einem und einem zweiten Schalter 40 bzw. 41 verbunden. Ein Eingang jedes Schalters 40, 41 ist mit einer Frequenzumsetzschaltung des früher erläuterten Typs verbunden.
In derselben Weise sind in 4c Speiseleitungen 39 dargestellt, die die Patche 16 an gegenüberliegenden Seiten erregen. Erste Leitungen 39₁ übertragen die auf einem ersten Strahl empfangenen Signale entsprechend einer Polarisation, und zweite Leitungen 39₂ übertragen die empfangenen Signale auf einem zweiten Strahl entsprechend derselben Polarisation. Diese Leitungen 39₁ , 39₂ sind mit einem ersten und zweiten Schalter 42 bzw. 43 verbunden. Ein Ausgang jedes der Schalter 42, 43 ist mit einer Frequenzumsetzschaltung des vorangehend erläuterten Typs verbunden.
Der Schalter 40 wird durch in einem Microcontroller 46 enthaltene dritte Steuermittel 44 gesteuert, die es ermöglichen, das Patch 16 zu wählen, das in der Lage ist, den optimalen Strahl für die Sendung zu dem ersten Satelliten zu bilden, während der Schalter 41 durch vierte Steuermittel 45 gesteuert wird, die in der Lage sind, den optimalen Strahl für die Übertragung zu dem zweiten Satelliten zu bilden. Ebenso wird der Schalter 42 durch dritte Steuermittel 44 gesteuert, die es ermöglichen, das Patch 16 zu wählen, um den optimalen Strahl für den Empfang der Signale von dem ersten Satelliten zu bilden, während der Schalter 43 durch die vierten Steuermittel 45 gesteuert wird, die in der Lage sind, den optimalen Strahl für den Empfang der Signale des zweiten Satelliten zu bilden.
5 zeigt die Schlitze 19 auf der Fläche gegenüber der Fläche, die die Patche 16 der ersten Schicht 13 enthält. Leitungen Pol 11 und Pol 21 erregen das Patch 16 über orthogonale Seiten entsprechend den die Schlitze 19₃ speisenden Speiseleitungen in dem Fall der Ausführungsform von 3a bis 3c. In diesem Fall überträgt ein und dasselbe Patch 16 die durch einen Strahl gesendeten und übertragenen Daten. Die Erregung über zwei orthogonale Seiten ermöglicht die Trennung des Empfangswegs und des Sendewegs auf zwei orthogonalen Polarisationen. Die Bezeichnung Polej entspricht der gemäß der zweiten Polarisation i übertragenen Strahlleitung.
Die Leitungen Pol 11 und Pol 12 entsprechen der Variante der 4a bis 4c. Leitungen Pol 11 und Pol 12 erregen das Patch 16 über gegenüberliegende Seiten und übertragen die Daten des Empfangswegs des ersten Strahls auf einer Leitung und den zweiten Strahl auf einer zweiten Leitung (oder die Daten des Sendewegs des ersten Strahls auf einer Leitung und den zweiten Strahl auf einer zweiten Leitung).
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet in der folgenden Weise:
Der erste Satellit liegt zunächst in dem Sichtbarkeitsfeld der Vorrichtung. Der aktive Strahl für das aktive Patch folgt ihm über seinen Laufweg. Bevor der erste Satellit aus der Sichtbarkeit der Vorrichtung verschwindet, erscheint ein zweiter Satellit. Die Vorrichtung kommuniziert weiter in dem Senden/Empfang von Nutzdaten in dem ersten Satelliten, während er dem zweiten Satelliten folgt und während er nur die Daten kommuniziert, die den letztgenannten Satelliten zu den Überwachungsmitteln signalisiert. Die Lüneburg-Linse hat zum Beispiel einen Durchmesser von 35 cm, und die Vorrichtung arbeitet bei Frequenzen von ungefähr 12 GHz. Die Umschaltung von einem Patch auf den anderen erfolgt dann, wenn die Änderungen in der Verstärkung des Senden/Empfang ±0,5 dB oder 1 dB relativ zu der dem Maximalwert entsprechenden Strahlung überschreiten. Die ganze Zahl N wird bestimmt als eine Funktion der benötigten Azimutalabdeckung unter Berücksichtigung der Regel, durch die zum Beispiel eine Inkrementierung von N einer Einheit für eine zusätzliche Azimutalabdeckung von 3° für das obige Beispiel auftreten. Die Wahl von N und M sind unter anderem offensichtlich abhängig von der Breite der Strahlen, von den Verstärkungsänderungen, die die Vorrichtung tolerieren kann, und von den Abmessungen der Patches 16, die die minimalen Abstände zwischen ihnen begrenzen.
Die Steuermittel messen den Wert des Signals, das von dem Satelliten empfangen/gesendet wird (aktiv oder passiv). Sobald letzterer unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt, betätigen sie die geeigneten Schalter in Hinblick auf eine Umschaltung auf ein anderes Patch und zur Ermittlung des Patch, das die beste Verfolgung des Satelliten ermöglicht.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So kann die Lüneburg-Linse auch zylinderförmig sein.
Schließlich kann die Verwaltung der Umschaltung von dem Satelliten 1₁ auf den Satelliten 1₂ auch auf andere Weise durchgeführt werden, als sie für die Erläuterung der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung erwogen wurde. Sie kann alle bekannten Verfahren des mehrfachen Zugriffs zu den wenigstens zwei Satelliten 1₁ , 1₂ enthalten.

Claims

Vorrichtung zum Senden und/oder zum Empfang von Signalen in einem System zur Kommunikation über nicht-geostationäre Satelliten mit Mitteln mit mehreren Brennpunkten (2) vom Typ mit einer symmetrischen Linse mit einer Fokussierfläche (5) mit mehreren Brennpunkten, gekennzeichnet durch: – eine kontinuierliche Folge von strahlenden Elementen oder eine Gruppe von strahlenden Elementen (6) und/oder unabhängigen Empfängern, wobei die strahlenden Elemente (6) in der Nähe von Brennpunkten der Fokussierfläche (5) angeordnet sind, – elektronische Schaltmittel (21, 23, 30, 32, 40, 41, 42, 43,), die mit den strahlenden Elementen (6) gekoppelt sind, für eine betriebsmäßige Umschaltung wenigstens eines Elements (6_a ) für einen ersten Brennpunkt und einem zweiten Element (6_p ) für einen zweiten Brennpunkt bei Schaltungen zur Verarbeitung der jeweiligen Lage eines ersten Brennpunktes (1₁ ) und einem zweiten Element (6_p ) für einen zweiten Brennpunkt auf Schaltungen zur Verarbeitung der Signale, die gesendet und/oder verarbeitet werden (22, 24, 31, 33), wobei die Brennpunkte den jeweiligen Lagen des ersten (1₁ ) und eines zweiten (1₂ ) Satelliten in einem bestimmten Zeitpunkt entsprechen, – Mittel zur Steuerung (36, 46) der Umschaltmittel (21, 23, 30, 32, 40, 41, 42, 43) zur Ermittelung wenigstens des ersten (6_a ) und/oder des zweiten (6_p ) Elements entsprechend den jeweiligen Lagen des ersten (1₁ ) und des zweiten (1₂ ) Satelliten in dem bestimmten Zeitpunkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (36, 46) erste und zweite (34, 35) oder dritte und vierte (44, 45) Steuermittel enthalten für die Ermittlung des strahlenden Elements (6_a ), mit denen der Austausch von Nutzdaten erfolgen soll.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine sphärische Lüneburg-Linse (2) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung erste (10) und zweite (11) unabhängige Mittel zur Übertragung neben der Fokussierebene (5) enthält, auf der die Reihe der strahlenden Elemente (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (10) und die zweiten (11) Übertragungsmittel mit Betätigungsmitteln (3) verbunden sind, die Mittel enthalten für die Drehung (100, 110) der ersten (10) und zweiten (11) Mittel zur Bildung der Orientierung der letzteren derart, dass eine Azimut-Verfolgung der Satelliten (1₁ , 1₂ ) möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmittel (100, 110) eine Drehachse (4) aufweisen, die durch die Mitte der Lüneburg-Linse (2) läuft, um die die ersten und zweiten Übertragungsmittel (10, 11) sich drehen können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel Schalteinheiten mit ersten Schaltern (23, 32, 40, 41) enthalten, die mit einem Eingang mit der Schaltung zur Verarbeitung der Sendesignale verbunden sind, und mit NXM Ausgängen mit den NXM strahlenden Elementen und/oder zweiten Schaltern (21, 30, 42, 43) verbunden sind mit NXM Eingängen, die mit den NXM strahlenden Elementen und mit einem Ausgang mit der Schaltung zur Verarbeitung der Empfangsmittel der Empfangssignale verbunden sind, und die Reihe der strahlenden Elemente die Form einer Matrix mit N Reihen und M Spalten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Zahl N derart ermittelt wird, dass die Vorrichtung bei der Verfolgung der Satelliten ein Strahlungsmuster aufweist, das von 10° bis 90° in der Elevation geneigt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von strahlenden Elementen (6), die Schaltmittel (21, 23, 30, 32, 40, 41, 42, 43) und die Schaltungen (25, 26, 28) zur Verarbeitung der Übertragung und/oder des Empfangs auf derselben Schicht (13) eines Substrats angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von strahlenden Elementen (6) auf einer ersten Schicht (13) eines Substrats geätzt ist, unter der eine zweite Schicht mit den Schaltern und den Schaltungen zur Verarbeitungen der Sende- und/oder Empfangssignale liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von strahlenden Elementen (6) auf einer ersten Schicht (13) geätzt ist, unter der eine zweite (14, 37) und eine dritte (15, 38) Schicht liegen, die die Schaltelemente (21, 23, 30, 32, 40, 41, 42, 43) und die Schaltungen (25, 26, 28) zur Verarbeitungen der Sende- und/oder Empfangssignale enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Erregerleitungen für die Erregung der Elemente (6) auf der zweiten Schicht (14) geätzt sind für die Übertragung und/oder den Empfang eines ersten Strahls, und zweite Erregerleitungen auf der dritten Schicht (15) für das Senden und/oder den Empfang eines zweiten Strahls geätzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem Sende- und/oder Empfangsmittel (49) enthält, die in der Nähe eines Punktes auf der Fokussierebene (5) der Vorrichtung zur Kommunikation mit wenigstens einem geostationären Satelliten (1₃ ) liegt.