EP0227930A1 - Tragegestell für eine Satellitenfunk-Parabolreflektorantenne - Google Patents

Tragegestell für eine Satellitenfunk-Parabolreflektorantenne Download PDF

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EP0227930A1
EP0227930A1 EP86115720A EP86115720A EP0227930A1 EP 0227930 A1 EP0227930 A1 EP 0227930A1 EP 86115720 A EP86115720 A EP 86115720A EP 86115720 A EP86115720 A EP 86115720A EP 0227930 A1 EP0227930 A1 EP 0227930A1
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EP
European Patent Office
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axis
antenna
declination
hour
location
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EP86115720A
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Heinz Dipl.-Ing. Bobek (Fh)
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Siemens AG
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Siemens AG
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to AT86115720T priority Critical patent/ATE55513T1/de
Publication of EP0227930A1 publication Critical patent/EP0227930A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/125—Means for positioning

Definitions

  • the invention relates to a support frame for a symmetrical parabolic reflector antenna which is to be aligned with a geostationary communication satellite which moves in an equatorial orbit and which can be pivoted about a declination axis and about an hour axis crossing it perpendicularly.
  • the object of the invention is to provide a support frame for a parabolic reflector antenna which can be used in mobile earth radio stations and which makes the construction of the antennas at different locations as easy as possible for users of such mobile stations, including an essentially tool-free setting for the respective satellite position, and with different antennas alignments brings only a small polarization rotation in the entire antenna swivel range.
  • this object is achieved in that a total of six struts are provided, two of which each form an isosceles triangle with the declination axis running in the east-west direction and are pivotally mounted on a foundation about the declination axis in two bearing points that in each case through the two corners of the two isosceles triangles lying one above the other, facing away from the declination axis, the hour axis to be aligned parallel to the earth's axis runs such that the parabolic reflector antenna is preferably pivotally pivoted about the hour axis at the two corners of the two triangles facing away from the declination axis, in such a way that at absolutely parallel course of the hour axis to the earth axis the parabolic reflector antenna axis is inclined by an angle dependent on the geographic latitude of the antenna location relative to the hour axis that the two other struts are adjustable in length ldet are that the one adjustable for setting the hour axis inclination stru
  • the attachment of the parabolic reflector antenna to the support frame designed according to the invention is therefore an almost real declination hour axis suspension of the parabolic mirror.
  • the antenna beam can be aligned to each satellite position in the orbit plane by actuating only one of the two adjustable struts.
  • This requires the angle assignment between the parabolic reflector and the polar axis, which is determined by the angle ⁇ and is slightly dependent on the geographic latitude of the antenna location.
  • this angle is defined for an average geographical width of an area.
  • the declination angle i.e. the direction to the polar axis
  • ⁇ 7 ° one and the same type of construction of the antenna can accordingly be used for an area up to 14 ° north-south extension.
  • the support frame made of tubular material according to the invention is then expediently constructed so that the base line of the isosceles foundation represents the declination axis. Between the tip of the foundation and one end of the hourly axis crossing the declination axis is the adjustment strut with which the inclination of the hourly axis can be adjusted.
  • the parabolic reflector is preferably axially symmetrical on the hour axis, in such a way that when the hour axis is absolutely parallel, the parabolic reflector is inclined by the angle ⁇ relative to the sky equatorial plane. This ensures that the antenna with its main lobe is aimed at the geostationary earth orbit of the satellites.
  • the mean lead angle ⁇ m is calculated with a mean northern latitude of 51 ° to 7.42 °.
  • a suitable lead angle ⁇ m must be calculated for other countries.
  • the adjustment strut that is attached between one end of the declination axis and the parabolic reflector is used to set the hour angle. Due to the different distances on the one hand between the antenna location and the satellite and on the other hand between the center of the earth and the satellite, there is an angular difference between the satellite position in orbit to the antenna location and the setting of the hour angle on the antenna. This difference corresponds to the polarization rotation of the orthogonally polarized signal from the satellite. Due to the angular construction of the antenna parabolic reflector on the hour axis, there is a relatively small polarization rotation in the entire swivel range of the antenna.
  • FIG. 1 shows, in a lateral, schematic view, a support frame designed according to the invention for a symmetrical parabolic reflector antenna 14 to be aligned with a geostationary communication satellite moving in an equatorial orbit.
  • the antenna 14 should be pivotable about a declination axis 7 and about an hour axis 8 crossing it perpendicularly.
  • FIG. 2 is also used in addition to FIG. 1, in which a perspective view of essential parts of this support frame is shown.
  • the support frame has a total of 6 struts 1 to 6, of which the two struts 1 and 2 or 3 and 4 each form an isosceles triangle with the declination axis 7 running in the east-west direction.
  • the struts 1, 2 and 3, 4 are mounted together on a foundation 9 and are pivotably mounted about the declination axis 7 in two bearing points 10 and 11.
  • the parabolic reflector antenna 14 is axially symmetrical at the two corners 12 and 13 of the two facing away from the declination axis 7 Isosceles triangles articulated so that the parabolic reflector antenna axis is inclined by an angle ⁇ m that is dependent on the geographic width of the respective antenna location relative to the equatorial plane angle when the hour axis 8 is absolutely perpendicular on the equatorial plane 17.
  • the angle ⁇ m is realized by a spacer 21.
  • the two remaining struts 5 and 6 are adjustable in length.
  • the strut 5 which is adjustable to adjust the hour axis inclination ⁇ , is attached with both ends of the pivot joint between the corner 13 of the lower of the two isosceles triangles facing away from the declination axis 7 and a point 15 of the foundation 9 through which the plane defined by the bisector of the two isosceles triangles runs .
  • the location 15 of the foundation 9 is at an antenna location on the northern hemisphere south of the declination axis 7, as shown in FIG. 2.
  • the perpendicular bisection of the declination axis 7 runs through the articulation point 15 of the adjustment strut 5.
  • the other strut 6, which is designed to be adjustable for setting the hour angle, is likewise provided with a swivel bearing at both ends between an eccentric bearing 16 and 16 provided for this purpose on the back or parabolic reflector the respectively more distant of the two strut bearing points 10 and 11 through which the declination axis 7 runs.
  • the foundation 9 has the shape of an isosceles triangle, which is oriented exactly to the south with its tip 15.
  • the base line of the triangular foundation 9 represents the declination axis 7.
  • the antenna 14 Due to the inclination of the parabolic reflector antenna 14 by the angle ⁇ m against the sky equatorial plane 17 it is achieved that the antenna 14 is directed with its main lobe onto the geostationary earth orbit of the satellites.
  • the angle ⁇ m is calculated with an average northern latitude of 51 ° to 7.42 °.
  • a suitable lead angle ⁇ m must be calculated for other countries.
  • Fig. 1 with ⁇ m is the mean angle of latitude for the Federal Republic of Germany (51 °).
  • the hour axis 8 of the antenna 14 must run parallel to the earth's axis and should therefore be perpendicular to the equatorial plane 17. With the help of the declination axis 7, the inclination of the hour axis 8 with respect to the perpendicular to the plumb line can be set. This adjustment is made using the adjustment strut 5.
  • the alignment of the parabolic reflector antenna 14 towards the satellite position after the hour axis 8 has been set can be carried out without great difficulty.
  • the hour angle must first be calculated, which is significantly influenced by the location of the antenna location.
  • the mean latitude is 51 ° north.
  • the earth radius multiplied by the cosine of this angle gives approximately the amount by which the swivel radius of the antenna is smaller than the distance between the center of the earth and the satellite orbit.
  • ⁇ satellite position depending on the antenna location
  • r1 orbit radius of the satellite, based on the center of the earth
  • r2 earth radius
  • ⁇ latitude of the antenna location.
  • FIG. 9 A graphical representation of such a table is shown in Fig. 9, related to 51 ° north latitude (this is the mean geographic latitude of the Federal Republic of Germany), with the hour axis on the abscissa in degrees west longitude wL and east longitude oil and an the abscissa the polarization rotation is also plotted in degrees.
  • the fitter on site is thus able to align the antenna 14 fairly precisely with the satellite position using angle measuring devices on the declination axis 7 and on the hour axis 8.
  • the antenna according to FIGS. 5 and 6 should have an hourly angle adjustment range of ⁇ 80 °, ie a total of 160 °.
  • the antenna location Kunststoff on earth E is designated with M. This is 48 ° north latitude and 11 ° east longitude.
  • the south-facing meridian 11 ° east longitude is labeled south.
  • the Intelsat V satellite IS V at 60 ° west longitude, the communications satellite DFS1 at 23.5 ° east longitude and another communications satellite DFS2 at 28.5 ° east longitude are orbiting geostationarily. All three satellites can be detected by pivoting the parabolic reflector antenna attached to the location M on the support frame designed according to the invention.
  • the smaller circle, which touches the orbit OR on the south meridian and has the antenna location M as the center, is labeled R.
  • the sky equator has the designation H.
  • the parabolic reflector antenna with support frame shown in FIGS. 5 and 6 in a rear view and a view from above is constructed according to the principle explained in connection with FIGS. 1 and 2. Wear the parts of the antenna according to Figures 5 and 6 hence the reference numerals of the corresponding parts of the illustration in FIGS. 1 and 2.
  • the parabolic reflector antenna 14 is suspended on the antenna support frame in the axis of symmetry of the parabolic reflector. This has the advantage that no torques act on the hour axis 8 and that the hour angle adjustment strut 6 manages with a maximum of three equally long intermediate pieces 18, 19 and 20, corresponding to an angle of 25 °.
  • the adjustment range of ⁇ 80 ° is achieved by moving the hour axis strut 6.
  • the strut 6 is attached to the right of the parabolic reflector in a bearing 16 and to the left of the declination axis at the foundation position 10; for satellites lying east of the south direction, vice versa. Due to the optimal position of the center of gravity S, no torque is exerted on the hour axis 8, which would cause the hour angle to be adjusted.
  • the struts 1 to 6 consist of tube material.
  • the two adjustable struts 5 and 6 are each composed of two parts 22 and 23 or 24 and 25, which have 26 internal threads at the two mutually facing ends, in which an adjusting spindle 27 is screwed.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Von insgesamt sechs Streben (1 bis 6) bilden jeweils zwei (1,2 und 3,4) mit der in Ost-West-Richtung verlaufenden Deklinationsachse (7) gleichschenklige Dreiecke, die gemeinsam um die Deklinationsachse schwenkbar überein­ander liegen und durch deren beide, nicht von der De­klinationsachse berührte Ecken (12,13) die parallel zur Erdachse auszurichtende Stundenachse (8) verläuft, gegenüber der die Antenne (14) um einen von der geo­grafischen Breite des Antennenstandorts abhängigen Winkel (γm) gekippt ist. Die restlichen beiden Streben (5,6) sind längenverstellbar ausgebildet, an der Rückseite des Parabolreflektors angelenkt und ermöglichen die Drehung um die Deklinationsachse und Stundenachse. Antennen, die einen Tragegestell-Unterbau gemäß der Erfindung auf­weisen, sind insbesondere für mobile Erdefunkstellen geeignet, aber auch für TV-Direktempfang.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Tragegestell für eine auf einen geostationären, sich auf einer äquatorialen Umlaufbahn bewegenden Nachrichtensatelliten auszurich­tende, symmetrische Parabolreflektorantenne, die um eine Deklinationsachse und um eine diese senkrecht kreuzende Stundenachse schwenkbar ist.
  • Aus der DE-OS 24 54 830, der US-PS 3 714 660 und den FR-PS 2 247 829, 2 248 623 und 2 349 969 sind ver­schiedene, aus Rohrgestellen bestehende Unterbauten für transportable und relativ leicht montierbare Parabol­reflektorantennen bekannt, die auf einen geostationären Satelliten auszurichten sind. Bei allen diesen bekannten Unterbauten ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei einer korrekten, ohne besondere Hilfsmittel durchzuführenden Ausrichtung auf die Satellitenposisition und größere Polarisationsdrehungen über den Schwenkbereich der Antenne.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tragegestell für eine bei mobilen Erdefunkstellen einsetzbare Parabolreflektor­antenne zu schaffen, das dem Anwender solcher mobiler Stationen den Aufbau der Antennen an verschiedenen Orten einschließlich einer im wesentlichen hilfsmittelfreien Einstellung zur jeweiligen Satellitenposition so einfach wie möglich macht und bei unterschiedlichen Antennen­ ausrichtungen nur eine geringe Polarisationsdrehung im gesamten Antennenschwenkbereich mit sich bringt.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß insgesamt sechs Streben vorgesehen sind, von denen jeweils zwei mit der in Ost-West-Richtung verlaufenden Deklinationsachse ein gleichschenkeliges Dreieck bilden und gemeinsam auf einem Fundament um die Deklinations­achse in zwei Lagerstellen schwenkbar gelagert sind, daß jeweils durch die beiden, der Deklinationsachse abgewandten Ecken der beiden übereinanderliegenden, gleichschenkeligen Dreiecke die parallel zur Erdachse auszurichtende Stundenachse verläuft, daß die Parabol­reflektorantenne vorzugsweise achsensymmetrisch an den beiden der Deklinationsachse abgewandten Ecken der beiden Dreiecke um die Stundenachse schwenkbar angelenkt ist und zwar so, daß bei absolut parallelem Verlauf der Stundenachse zur Erdachse die Parabolreflektorantennen­achse um einen von der geografischen Breite des Antennenstandorts abhängigen Winkel gegenüber der Stundenachse geneigt ist, daß die beiden übrigen Streben in ihrer Länge verstellbar ausgebildet sind, daß die eine zur Einstellung der Stundenachsenneigung verstellbar ausgebildete Strebe mit beidendiger Drehgelenklagerung zwischen dem der Deklinationsachse abgewandten Eck des unteren der beiden gleichschenkligen Dreiecke und einer Fundamentstelle angebracht ist, durch welche die durch die Winkelhalbierenden der beiden gleichschenkligen Dreiecke definierte Ebene verläuft, wobei diese Fundamentstelle bei einem auf der nördlichen Erdhalbkugel liegenden Antennenstandort südlich von der Deklinationsachse und bei einem auf der südlichen Erdhalbkugel liegenden Antennenstandort nördlich von der Deklinationsachse liegt, und daß die andere, zur Einstellung des Stundenwinkels verstellbar ausgebildete Strebe ebenfalls mit beidendiger Drehgelenklagerung zwischen einer exzentrisch links oder rechts an der Parabolreflektorrückseite dafür vorgesehenen Lagerstelle und der davon jeweils weiter entfernten der beiden Strebenlagerstellen, durch welche die Deklinationsachse verläuft, angebracht ist.
  • Es handelt sich somit bei der Befestigung der Parabol­reflektorantenne an dem erfindungsgemäß ausgebildeten Tragegestell um eine nahezu echte Deklinations-Stunden­achsenaufhängung des Parabolspiegels. Die Antennenkeule kann dabei im Prinzip durch Betätigen nur einer der beiden verstellbaren Streben auf jede Satellitenposition in der Orbitebene ausgerichtet werden. Hierzu ist die durch den Winkel γ bestimmte, geringfügig von der geo­grafischen Breite des Antennenstandorts abhängige Winkel­zuordnung zwischen der Parabolreflektor- und der Polar­achse nötig. Um innerhalb eines Aufstellungsgebietes die einheitliche, nach der Erfindung ausgebildete Konstruktion des Tragegestells verwenden zu können, wird dieser Winkel für eine mittlere geografische Breite eines Gebiets festgelegt. Bei Drehung um die Polarachse bleibt die Hauptstrahlrichtung der Antenne dann bei Aufstel­lungsorten mit etwas anderer geografischer Breite immer noch näherungsweise in der Orbitebene liegen. Läßt sich beispielsweise der Deklinationswinkel, also die Richtung zur Polarachse, um ± 7° verstellen, so ist dement­sprechend ein und derselbe Konstruktionstyp der Antenne für ein Gebiet bis zu 14° Nord-Süd-Ausdehnung verwend­bar.
  • Auf dem in vorteilhafter Weise in Form eines gleichschenkeligen Dreiecks ausgebildeten Fundament, das mit der Spitze exakt nach Süden auszurichten ist, ist das in zweckmäßiger Weise aus Rohrmaterial bestehende Trage­gestell nach der Erfindung dann so aufzubauen, daß die Grundlinie des gleichschenkeligen Fundaments die Deklina­tionsachse darstellt. Zwischen der Spitze des Fundaments und einem Ende der die Deklinationsachse senkrecht kreuzenden Stundenachse ist diejenige Verstellstrebe angeordnet, mit deren Hilfe die Neigung der Stundenachse eingestellt werden kann.
  • Auf die Stundenachse ist der Parabolreflektor vorzugs­weise achsensymmetrisch aufgebaut, und zwar so, daß bei absolut parallelem Verlauf der Stundenachse der Parabol­reflektor um den Winkel γ gegen die Himmelsäquatorebene geneigt ist. Damit wird erreicht, daß die Antenne mit ihrer Hauptkeule auf die geostationäre Erdumlaufbahn der Satelliten gerichtet ist. Für die Bundesrepublik Deutschland errechnet sich der mittlere Vorhaltewinkel γm bei einer mittleren nördlichen Breite von 51° zu 7,42°. Für andere Länder ist ein entsprechend passender Vorhaltewinkel γm zu errechnen.
  • Zur Einstellung des Stundenwinkels dient diejenige Ver­stellstrebe, die zwischen einem Ende der Deklinations­achse und dem Parabolreflektor angebracht ist. Aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen einerseits zwischen dem Antennenstandort und dem Satelliten und andererseits zwischen dem Erdmittelpunkt und dem Satelliten ergibt sich eine Winkeldifferenz zwischen der Satellitenposition im Orbit zum Antennenstandort und der Einstellung des Stundenwinkels an der Antenne. Diese Differenz entspricht der Polarisationsdrehung des orthogonal polarisierten Signals vom Satelliten. Aufgrund des um den Winkel gekippten Aufbau des Antennenparabolreflektors auf der Stundenachse ergibt sich eine verhältnismäßig geringe Polarisationsdrehung im gesamten Schwenkbereich der Antenne.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 in einer seitlichen Ansicht die Geometrie der Aufhängung einer Parabolreflektorantenne auf einem Tragegestell nach der Erfindung,
    • Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht die Geometrie des Tragegestells nach der Erfindung,
    • Fig. 3 eine realisierte Ausführungsform einer Parabol­reflektorantenne mit erfindungsgemäßem Tragegestell in einer Ansicht von der Seite,
    • Fig. 4 die Antenne nach Fig.3 in einer Ansicht von hinten,
    • Fig. 5 eine Ansicht der Rückseite einer anderen, mit einem Tragegestell nach der Erfindung versehenen Antenne,
    • Fig. 6 die Antenne nach Fig.5 in einer Ansicht von oben,
    • Fig. 7 und 8 für das Beispiel München als Standort der gemäß den Figuren 5 und 6 ausgebildeten Antenne die geo­metrischen Verhältnisse in einer Ansicht senkrecht von Norden auf die Himmelsäquatorebene bzw. in einer Ansicht, in welcher die Himmelsäquatorebene senkrecht zur Zeichen­ebene verläuft,
    • Fig. 9 in einem Diagramm die Polarisationsdrehung in bezug auf den Stundenwinkel des Satelliten in Abhängigkeit vom Antennenstandort.
  • In Fig. 1 ist in einer seitlichen, schematischen Ansicht ein nach der Erfindung ausgebildetes Tragegestell für eine auf einen geostationären, sich auf einer äquatorialen Umlaufbahn bewegenden Nachrichtensatelliten auszurichtende, symmetrische Parabolreflektorantenne 14 dargestellt. Die Antenne 14 soll um eine Deklinations­achse 7 und um eine diese senkrecht kreuzende Stunden­achse 8 schwenkbar sein. Um eine klarere Beschreibung des Aufbaus des erfindungsgemäß ausgebildeten Tragege­stells zu erreichen, wird außer der Fig.1 zugleich noch die Fig.2 herangezogen, in welcher eine perspektivische Ansicht von wesentlichen Teilen dieses Tragegestells dar­gestellt ist. Das Tragegestell weist insgesamt 6 Streben 1 bis 6 auf, von denen die beiden Streben 1 und 2 bzw. 3 und 4 mit der in Ost-West-Richtung verlaufenden De­klinationsachse 7 jeweils ein gleichschenkeliges Dreieck bilden. Die Streben 1,2 und 3,4 sind gemeinsam auf einem Fundament 9 angebracht und um die Deklinationsachse 7 in zwei Lagerstellen l0 und 11 schwenkbar gelagert. Durch die beiden, der Deklinationsachse 7 abgewandten Ecken 12 und l3 der beiden übereinanderliegenden, gleich­schenkeligen Dreiecke verläuft die parallel zur Erdachse d.h. senkrecht zur Äquatorebene 17 auszurichtende Stundenachse 8. Die Parabolreflektorantenne 14 ist achsensymmetrisch an den beiden zur Deklinationsachse 7 abgewandten Ecken 12 und 13 der beiden gleichschenkeligen Dreiecke um die Stundenachse 8 schwenkbar angelenkt und zwar derart, daß bei absolut senkrechtem Verlauf der Stundenachse 8 auf der Äquatorebene 17 die Parabol­reflektorantennenachse um einen von der geografischen Breite des jeweiligen Antennenstandorts abhängigen Winkel γm gegenüber dem Äquatorebenenwinkel geneigt ist. Der Winkel γm wird durch ein Abstandsstück 21 realisiert. Die beiden übrigen Streben 5 und 6 sind in ihrer Länge verstellbar ausgebildet. Die zur Einstellung der Stundenachsenneigung α verstellbar ausgebildete Strebe 5 ist mit beidendiger Drehgelenk­lagerung zwischen dem der Deklinationsachse 7 abgewandten Eck 13 des unteren der beiden gleichschenkeligen Dreiecke und einer Stelle 15 des Fundaments 9 angebracht, durch welche die durch die Winkelhalbierenden der beiden gleichschenkeligen Dreiecke definierte Ebene verläuft. Die Stelle 15 des Fundaments 9 ist bei einem auf der nördlichen Erdhalbkugel liegenden Antennenstandort südlich von der Deklinationsachse 7, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 verläuft die Mittelsenkrechte der Deklinationsachse 7 durch die Anlenkstelle 15 der Verstellstrebe 5. Die andere, zur Einstellung des Stundenwinkels verstellbar ausgebildete Strebe 6 ist ebenfalls mit beidendiger Drehgelenklagerung zwischen einer exzentrisch links oder rechts an der Parabolreflektorrückseite dafür vorgesehenen Lagerstelle 16 und der jeweils weiter entfernten der beiden Strebenlagerstellen 10 bzw. 11, durch welche die Deklinationsachse 7 verläuft, angebracht.
  • Das Fundament 9 weist die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks auf, das mit seiner Spitze 15 exakt nach Süden ausgerichtet ist. Die Grundlinie des dreiecksförmigen Fundaments 9 stellt die Deklinationsachse 7 dar.
  • Aufgrund der Neigung der Parabolreflektorantenne 14 um den Winkel γm gegen die Himmelsäquatorebene 17 wird erreicht, daß die Antenne 14 mit ihrer Hauptkeule auf die geostationäre Erdumlaufbahn der Satelliten gerichtet ist. Für die Bundesrepublik Deutschland errechnet sich der Winkel γm bei einer mittleren nördlichen Breite von 51° zu 7,42° . Für andere Länder ist ein entsprechend passender Vorhaltewinkel γm zu errechnen. In Fig. 1 ist mit ϑm der mittlere Winkel der Breitengrade für die Bundesrepublik Deutschland (51° ) bezeichnet.
  • Durch die exakte Ausrichtung des Antennentragegestells in Nord-Süd-Richtung, so daß die Deklinationsachse 7 quasi senkrecht auf der Erdachse steht, und aufgrund des um γm = 7,42° gegen die Himmelsäquatorebene 17 gekippten Aufbaus des Parabolreflektors auf der Stundenachse 8 ist eine sehr einfache Einstellung der Antenne 14 zur Satellitenposition ohne besondere Hilfsmittel möglich. Es müssen lediglich die geografischen Daten des Antennen­standorts und die Positionsdaten des Satelliten bekannt sein, auf welchen die Antenne 14 ausgerichtet werden soll.
  • Die Stundenachse 8 der Antenne 14 muß parallel zur Erd­achse verlaufen und soll somit senkrecht auf der Äquator­ebene 17 stehen. Mit Hilfe der Deklinationsachse 7 ist die Neigung der Stundenachse 8 gegenüber der Lotsenk­rechten einzustellen. Diese Einstellung erfolgt mittels der Verstellstrebe 5. Der Neigungswinkel α berechnet sich aus der Formel
    α = 90° - geografische Breite ϑm.
  • Die Ausrichtung der Parabolreflektorantenne 14 zur Satellitenposition hin, nach erfolgter Einstellung der Stundenachse 8, läßt sich ohne große Schwierigkeiten durchführen. Allerdings ist zuvor die Berechnung des Stundenwinkels notwendig, der von der Lage des Antennen­standorts wesentlich beeinflußt wird.
  • Für die Bundesrepublik Deutschland gilt im Mittel eine geografische Breite von 51° nördlicher Breite. Der mit dem Cosinus dieses Winkels (cos. 51°) multiplizierte Erdradius ergibt ungefähr den Betrag, um welchen der Schwenkradius der Antenne kleiner ist als die Entfernung zwischen Erdmittelpunkt und der Satellitenbahn.
  • Aufgrund dieser Tatsache ergeben sich folgende Formeln für die Berechnung der Stundenwinkel, bezogen auf die nördliche Erdhalbkugel. Für Satelliten westlich des Antennenstandortes gilt
    δ + ω = 360° - λ - |φ + ω |
    Für Satelliten östlich des Antennenstandortes gilt
    δ + ω = 360° - λ + | φ + ω |,
    wobei:
    δ + ω = der an der Antenne 14 einzustellende Stunden­winkel,
    λ = geografische Länge des Antennenstandortes,
    φ = Satellitenposition auf der Umlaufbahn,
    ω = Polarisationsdrehung gegenüber der Polari­sation der exakten Südrichtung.
  • Die Summe (δ + ω) läßt sich mit Hilfe der Winkelbe­ziehung
    sin (δ + ω) / cos (δ + ω) = tan.(δ + ω)
    berechnen.
  • Unter Berücksichtigung der geografischen Breite ergibt sich für den wahren Winkel der Satellitenposition
    r₁ . sin δ/(r₁ . cos δ - r₂ . cos ϑ) = tan (δ + ω).
    Hierbei gilt:
    δ = Satellitenposition in Abhängigkeit vom Antennen­standort,
    r₁ = Bahnradius des Satelliten, bezogen auf den Erdmittelpunkt,
    r₂ = Erdradius,
    ϑ = Breitengrad des Antennenstandorts.
  • Für die südliche Erdhalbkugel gelten entsprechende Formeln. Hierbei sind lediglich die Richtungen "westlich" und "östlich" zu vertauschen.
  • Für das Beispiel München (11° östlicher Länge; 48° nörd­licher Breite) als Antennenstandort und den Satelliten Intelsat V bei 60° ergeben sich folgende Einstellwerte.
    Deklinationswinkel: 90° - 48° = 42°.
    Stundenwinkel: 360° - 349° + (60° + ω) = (δ + ω) tan (δ + ω) = 42 250 . sin. 71°/(42 250 . cos 71° - ­6320 . cos 48°).
    tan. (δ + ω) = 4,193.
    δ + ω = 76,59 °.
  • Aus den Summanden (δ +ω) ist die Polarisationsdrehung in Abhängigkeit vom Stundenwinkel leicht zu errechnen.
    (δ + ω) - δ = ω,
    wobei
    δ + ω = Einstellwinkel an der Stundenachse der Antenne,
    δ = Satellitenposition in Bezug auf den Antennen­standort,
    ω = Polarisationsausdrehung.
  • In bezug auf den Antennenstandort München und den Satellit Intelsat V (60°) gilt:
    76,59° - 71° = 5,59°.
  • Dies entspricht einer Polarisationsentkopplung von 20 log sin 5,59° = -20,23 dB. Zur einfachen Einstellung der Polarisation kann man für den Monteur eine Tabelle liefern, welche die Werte der Polarisationsdrehung in bezug auf den Stundenwinkel des Satelliten in Abhängig­keit vom Antennenstandort darstellt.
  • Eine grafische Darstellung einer solchen Tabelle ist in Fig.9, bezogen auf 51° nördlicher Breite (dies ist die mittlere geografische Breite der Bundesrepublik Deutsch­land) dargestellt, wobei an der Abszisse der Stunden­winkel des Satelliten in Grad westlicher Länge wL und östlicher Länge öL und an der Abszisse die Polarisations­drehung ebenfalls in Grad aufgetragen ist.
  • Somit ist der Monteur vor Ort in der Lage, mit Winkel­meßeinrichtungen an der Deklinationsachse 7 und an der Stundenachse 8 die Antenne 14 ziemlich exakt auf die Satellitenposition auszurichten. Gleiches gilt für die Polarisation. Nimmt man eine Einstellgenauigkeit von ± 1° bei der Polarisation an, dann wird bei der Grob­einstellung eine Polarisationsentkopplung von 35,2 dB erreicht.
  • In den Fig. 7 und 8 sind für das Beispiel München als Standort der gemäß den Figuren 5 und 6 ausgebildeten Parabolreflektorantenne die geometrischen Verhältnisse in einer Ansicht senkrecht von Norden auf die Himmelsäqua­torebene bzw. in einer Ansicht, in welcher die Himmels­äquatorebene senkrecht zur Zeichenebene verläuft, darge­stellt. Die Antenne nach den Figuren 5 und 6 soll einen Stundenwinkelverstellbereich von ± 80°, d.h. insgesamt 160° aufweisen. Der Systemfehler, der bei den Extrem­positionen, d.h. bei ± 80° gegenüber der Südrichtung von München aus (= 11° östlicher Länge) aufgrund des ver­kürzten Schwenkradius der Antenne auftritt, beträgt -0,96°. Für die Position des Satelliten Intelsat V bei 76,5° gegenüber der Südrichtung von München ergibt sich ein Systemfehler von 0,86°. Zusätzlich tritt innerhalb der Bundesrepublik Deutschland, unabhängig vom Stunden­winkel, zwischen Flensburg und Garmisch-Partenkirchen eine Änderung des Deklinationswinkels um 0,68° auf. Be­zogen auf 51° nördlicher Breite ergibt dies einen orts­gebundenen Fehler von maximal ± 0,34°. Dies bedeutet, daß bei einem Stundenwinkel von 80° der maximal auf­tretende Fehler (in Garmisch) - 1,3° bei der Deklina­tionsachse sein kann. Bei der Stundenachse ist, ebenfalls abhängig vom Antennenstandort, ein maximaler Fehler von ± 0,5° möglich. Treten beide Fehler gleichzeitig auf, dann ist eine Abweichung bei der Grobeinstellung der Antennensollposition von ungefähr 1,4° möglich. Hierbei werden Ablese- und Berechnungsfehler des Aufstell­personals ausgeschlossen.
  • In den Figuren 7 und 8 ist der Antennenstandort München auf der Erde E mit M bezeichnet. Dieser liegt bei 48° nördlicher Breite und 11° östlicher Länge. Der in Südrichtung weisende Meridian 11° östlicher Länge ist mit Süd bezeichnet. Auf dem Orbit OR bewegen sich geostationär der Intelsat V-Satellit IS V bei 60° westlicher Länge, der Nachrichtensatellit DFS1 bei 23,5° östlicher Länge und ein weiterer Nachrichtensatellit DFS2 bei 28,5° östlicher Länge. Alle drei Satelliten können durch Schwenkung der am Standort M auf dem erfindungs­gemäß ausgebildeten Tragegestell angebrachten Parabol­reflektorantenne erfaßt werden. Der kleinere Kreis, der sich mit dem Orbit OR am Meridian Süd berührt und den Antennenstandort M als Zentrum hat, ist mit R bezeichnet. In Fig.8 trägt der Himmelsäquator die Bezeichnung H. In Fig.7 und 8 bedeuten öL östliche Länge, wL westliche Länge und nB nördliche Breite.
  • Die in den Figuren 5 und 6 in einer Rückansicht bzw. einer Ansicht von oben dargestellte Parabolreflektor­antenne mit Tragegestell ist nach den im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Prinzip aufgebaut. Die Teile der Antenne nach den Figuren 5 und 6 tragen deswegen auch die Bezugszeichen der entsprechenden Teile der Darstellung in den Figuren 1 und 2. Die Auf­hängung der Parabolreflektorantenne 14 auf dem Antennen­tragegestell erfolgt in der Symmetrieachse des Parabol­reflektors. Dies hat den Vorteil, daß keine Drehmomente auf die Stundenachse 8 wirken, und daß die Stundenwinkel­verstellstrebe 6 mit maximal drei gleich langen Zwischen­stücken 18,19 und 20, entsprechend 25° Verstellwinkel, auskommt. Der Verstellbereich von ± 80° wird durch Umsetzen der Stundenachsverstellstrebe 6 erreicht.
  • Für Satelliten, die westlich von der Südrichtung (auf der nördlichen Erdhalbkugel) liegen, wird die Strebe 6 rechts am Parabolreflektor in einer Lagerstelle 16 und links an der Deklinationsachse an der Fundamentstelle l0 ange­schlagen; für Satelliten, die östlich von der Südrichtung liegen, umgekehrt. Auf die Stundenachse 8 wird aufgrund der optimalen Lage des Schwerpunkts S kein Drehmoment ausgeübt, welches eine Verstellung des Stundenwinkels bewirken würde.
  • In den Figuren 3 und 4 ist eine etwas anders ausgeführte Parabolreflektorantenne mit einem Tragegestell nach der Erfindung in einer Seitenansicht bzw. in einer Ansicht von hinten dargestellt. Auch hierbei sind die Bezugs­zeichen der entsprechenden Teile von Fig.1 und 2 über­nommen, so daß auf eine detaillierte Beschreibung dieser Teile in diesem Zusammenhang verzichtet werden kann. Die Streben 1 bis 6 bestehen aus Rohrmaterial. Die beiden verstellbaren Streben 5 und 6 sind jeweils aus zwei Teilen 22 und 23 bzw. 24 und 25 zusammengesetzt, welche an den beiden einander zugekehrten Enden 26 Innen­gewinde aufweisen, in denen eine Verstellspindel 27 ein­geschraubt ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Strebe
    • 2 Strebe
    • 3 Strebe
    • 4 Strebe
    • 5 verstellbare Strebe
    • 6 verstellbare Strebe
    • 7 Deklinationsachse
    • 8 Stundenachse
    • 9 Fundament
    • 10 Lagerstelle
    • 11 Lagerstelle
    • 12 Ecke
    • 13 Ecke
    • 14 Parabolreflektorantenne
    • 15 Fundamentstelle
    • 16 Lagerstelle
    • 17 Äquatorebene
    • 18 Zwischenstück
    • 19 Zwischenstück
    • 20 Zwischenstück
    • 21 Abstandsstück
    • 22 Strebenteil
    • 23 Strebenteil
    • 24 Strebenteil
    • 25 Strebenteil
    • 26 Enden mit Innengewinde
    • 27 Verstellspindel
    • S Schwerpunkt
    • M München (Antennenstandort)
    • E Erde
    • ISV Satellit Intelsat V
    • H Himmelsäquator
    • OR Orbit
    • R Kreis
    • öL östliche Länge
    • wL westliche Länge
    • nB nördliche Breite

Claims (7)

1. Tragegestell für eine auf einen geostationären, sich auf einer äquatorialen Umlaufbahn bewegenden Nachrichten­satelliten auszurichtende, symmetrische Parabolreflektor­antenne, die um eine Deklinationsachse und um eine diese senkrecht kreuzende Stundenachse schwenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt sechs Streben (1 bis 6) vorgesehen sind, von denen jeweils zwei (1,2 und 3,4) mit der in Ost-West-Richtung verlaufenden Deklinationsachse (7) ein gleichschenkeliges Dreieck bilden und gemeinsam auf einem Fundament (9) um die Deklinationsachse in zwei Lagerstellen (10,11) schwenkbar gelagert sind, daß jeweils durch die beiden, der Deklinationsachse abgewandten Ecken (12,13) der beiden übereinanderliegenden, gleichschenkeligen Drei­ecke die parallel zur Erdachse auszurichtende Stunden­achse (8) verläuft, daß die Parabolreflektorantenne (14) vorzugsweise achsensymmetrisch an den beiden der Deklinationsachse abgewandten Ecken der beiden Dreiecke um die Stundenachse schwenkbar angelenkt ist und zwar so, daß bei absolut parallelem Verlauf der Stundenachse zur Erdachse die Parabolreflektorantenne um einen von der geografischen Breite des Antennenstandorts ab­hängigen Winkel (γm) gegenüber der Stundenachse (8) geneigt ist, daß die beiden übrigen Streben (5,6) in ihrer Länge verstellbar ausgebildet sind, daß die eine zur Einstellung der Stundenachsenneigung (α) verstellbar ausgebildete Strebe (5) mit beidendiger Drehgelenk­lagerung zwischen dem der Deklinationsachse abgewandten Eck (13) des unteren der beiden gleichschenkligen Dreiecke und einer Fundamentstelle (15) angebracht ist, durch welche die durch die Winkelhalbierenden der beiden gleichschenkligen Dreiecke definierte Ebene verläuft, wobei diese Fundamentstelle bei einem auf der nördlichen Erdhalbkugel liegenden Antennenstandort südlich von der Deklinationsachse und bei einem auf der südlichen Erd­halbkugel liegenden Antennenstandort nördlich von der Deklinationsachse liegt, und daß die andere, zur Ein­stellung des Stundenwinkels verstellbar ausgebildete Strebe (6) ebenfalls mit beidendiger Drehgelenklagerung zwischen einer exzentrisch links oder rechts an der Parabolreflektorrückseite dafür vorgesehenen Lagerstelle (16) und der davon jeweils weiter entfernten der beiden Strebenlagerstellen (10,11), durch welche die Deklinations­achse verläuft, angebracht ist.
2. Tragegestell nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (1 bis 6) aus Rohrmaterial bestehen.
3. Tragegestell nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verstellbar ausgebildeten Streben (5,6) jeweils aus zwei Teilen (22,23 bzw. 24,25) zusammengesetzt sind, welche an den beiden einander zugekehrten Enden (26) Innengewinde aufweisen, in denen eine Verstellspindel (27) eingeschraubt ist.
4. Tragegestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fun­dament (9) die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist, dessen Grundlinie die Deklinationsachse (7) darstellt und dessen der Grundlinie gegenüberliegende Spitze (15) genau nach Süden ausgerichtet ist (bei An­tennenstandort auf der südlichen Erdhalbkugel nach Norden), und daß an dieser Fundamentspitze (15) das untere Ende der der Einstellung der Stundenachsenneigung dienenden, längenverstellbaren Strebe (5) gelenkig ange­bracht ist.
5. Tragegestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Einstellung des Deklinationswinkels (Stundenachsenneigung) α gemäß der mathematischen Beziehung α = 90° + geografische Breite ϑ des jeweiligen Antennenstandorts und durch eine Ein­stellung des Stundenwinkels (δ + ω), geltend für die nördliche Erdhalbkugel, gemäß der folgenden mathe­matischen Beziehungen:
für Satelliten westlich des Antennenstandortes:
δ + ω = 360° - λ - |φ + ω|,
für Satelliten östlich des Antennenstandortes:
δ + ω = 360° - λ + |φ + ω|,
wobei
(δ + ω) der an der Antenne einzustellende Stundenwinkel,
λ die geografische Länge des Standortes der Antenne,
φ die Satellitenposition auf der Umlaufbahn und
ω die Polarisationsdrehung gegenüber der Polarisation der exakten Südrichtung ist;
tan (δ + ω) = r₁ . sin δ/(r₁ . cos δ - r₂ . cos ϑ),
wobei δ die Satellitenposition in Abhängigkeit vom Auf­stellungsort, r₁ der Bahnradius des Satelliten, bezogen auf den Erdmittelpunkt, r₂ der Erdradius und ϑ der Breitengrad des Antennenstandortes ist.
6. Tragegestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch eine Einstellung des Deklinationswinkels (Stundenachsenneigung) α gemäß der mathematischen Beziehung α = 90° - geografische Breite ϑ des jeweiligen Antennenstandorts und durch eine Ein­stellung des Stundenwinkels (δ + ω), geltend für die südliche Erdhalbkugel, gemäß der folgenden mathemati­schen Beziehungen:
für Satelliten östlich des Antennenstandortes:
δ + ω = 360° - λ - |φ + ω|,
für Satelliten westlich des Antennenstandortes:
δ + ω = 360° - λ + |φ + ω|,
wobei (δ + ω) der an der Antenne einzustellende Stunden­winkel, λ die geografische Länge des Antennenstand­orts, φ die Satellitenposition auf der Umlaufbahn und ω die Polarisationsdrehung gegenüber der Polarisation der exakten Nordrichtung ist,
tan (δ + ω) = r₁ . sin δ/(r₁ . cos δ - r₁ . cos ϑ),
, wobei δ die Satellitenposition in Abhängigkeit vom Aufstellungsort, r₁ der Bahnradius des Satelliten be­zogen auf den Erdmittelpunkt, r₂ der Erdradius und ϑ der Breitengrad des Antennenstandorts ist.
7. Tragegestell nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine leicht zerleg­bare und wieder zusammensetzbare Ausführung
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