EP1485967B1 - Verfahren und vorrichtung zur nachfuehrung einer antenne - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur nachfuehrung einer antenne Download PDF

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EP1485967B1
EP1485967B1 EP03714757A EP03714757A EP1485967B1 EP 1485967 B1 EP1485967 B1 EP 1485967B1 EP 03714757 A EP03714757 A EP 03714757A EP 03714757 A EP03714757 A EP 03714757A EP 1485967 B1 EP1485967 B1 EP 1485967B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
polarization
signal level
reception
main
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03714757A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1485967A1 (de
Inventor
Anton Ilsanker
Wolfgang Mummert
Wolfgang Wienzek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1485967A1 publication Critical patent/EP1485967A1/de
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Publication of EP1485967B1 publication Critical patent/EP1485967B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • H01Q1/1257—Means for positioning using the received signal strength
    • 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 method and a device for tracking an antenna to receive orthogonal polarized transmission signals according to the preamble of the claim 1 or 9.
  • satellite antennas have to receive according to programs broadcast via satellites be aligned exactly to a satellite. This is basically possible in vehicles even if this are in parked position. Problems exist however, if, for example, satellite programs to be received in moving objects, ie while a car or bus ride, a train ride on Ships or in airplanes.
  • the cost expense is also not inconsiderable.
  • the disadvantage is that the signal level of the satellite never optimally exploited can be, because by the pendulum motion, the main radiation direction or main lobe of the antenna for optimal alignment must be brought out, leading to the undesirable Drop of the signal level leads.
  • a further device for receiving a satellite signal become known, for example, on trucks can be installed.
  • cornering the Determination of an azimuthal angle deviation between the Direction of arrival of the satellite signal and the direction of reception the antenna by measuring the strength of the received Satellite signal.
  • the antenna will also, as in the aforementioned prior art, after adjustment their elevation angle around their vertical Axis pivoted back and forth until the received Satellite signal reaches a maximum value. Does that happen? received satellite signal again, because the antenna for example, as a result of cornering of the land vehicle is turned away from the receiving direction of the satellite, the antenna is again pivoted about its vertical axis, until the received satellite signal again reaches a maximum value. Because with this azimuthal tracking the antenna at a drop in the received Satellite signal does not determine which Direction the antenna must be swiveled, this must be always be tried by swinging back and forth. If the received satellite signal continues to fall, that was Pivoting direction wrong.
  • the direction of the azimuthal tracking of the antenna To be able to determine, it is preferably proposed that Antenna at a small angle about its vertical axis pivot after the direction of incidence of the satellite signal has been found.
  • This azimuthal angle deviation the receiving direction of the antenna from the direction of incidence the satellite signal can be chosen so small be that the strength of the received satellite signal is above a minimum value, which is still one Image and sound reception should ensure.
  • the antenna will never be in the optimal reception direction operated. This raises problems especially when the vehicle is in a receiving area, in which the satellite signal from home already weaker.
  • the object of the present invention is therefore based on an improved from the last-mentioned prior art Tracking system especially for satellites with dual polarized transmit signals to create so before
  • a satellite antenna i. especially one Flat antenna to achieve a high reception / signal level optimally aligned to a satellite.
  • a change in direction e.g. of a vehicle with respect to a targeted Satellites safe to detect the antenna system targeted and thus drive-friendly actually to track to a maximum reception level.
  • the invention is based on the following preliminary considerations on.
  • Satellites transmit orthogonally polarized signals.
  • a Satellite receiving antenna is capable of doing this orthogonal polarizations of a given frequency band (often a lower or upper frequency band) receive.
  • a given frequency band often a lower or upper frequency band
  • For linear polarizations one calls the both orthogonal polarizations with horizontal, though the E vector is horizontal to the earth, i. parallel to the horizon runs. From a vertical polarization is spoken when the E vector of the polarized electromagnetic Wave perpendicular to the earth, i. perpendicular to Horizon passes.
  • At a circular polarization are the two orthogonal polarizations circularly clockwise or counter-clockwise.
  • an antenna is now constructed so that the main beam directions, i. the main lobes for the respective polarization differ from each other.
  • the antenna is left to e.g. in the azimuth plane squinting at a defined angle, i. that the Axes of the main lobes of the two orthogonal polarizations in the azimuth plane from each other by a defined Deviate angle.
  • This allows, for example, that the main beam direction or the main lobe of the antenna or the feed system with respect to the H-polarization the desired satellite is aligned and in contrast the second polarization, in this case the V-polarization corresponding signals from the same satellite receives, but in the steeper flank area of the Main lobe.
  • a deviation of the antenna alignment can now easily and accurately detected, since already a slight deviation with respect to an optimal Alignment of the antenna to the satellite with respect to the second polarization to a much greater signal level drop or a much stronger signal level rise leads, as this for the optimally aligned Polarization could be detected.
  • a squint angle of for example, 0.2 ° - 2.0 °, preferably 0.4 ° - 1.0 ° full is sufficient. Because optimal conditions are always then reached when level differences of the detected polarization per angle change are as large as possible, thereby but the absolute reception level is not too small, so that the level difference is easy to detect. With In other words, so the squinting angle should be set be that - if the antenna with respect to the one actively received polarization is optimally aligned - the second to detect alignment and tracking received signal levels of the second polarization, for example has a signal level difference of 4 to 5 dB.
  • the direction of the readjustment recognizable is.
  • a level increase of the detected received signal one polarization indicates that the antenna from the non-squint position toward the detected one squinting position must be adjusted. there even the angle range can be adjusted by the level difference determine. From the level deviation can ultimately even derived an adjustment angle or a specific one Adjustment angle assigned to a specific level deviation become.
  • the antenna can easily readjust without the Reception is impaired.
  • the post-regulations only required if a misalignment actually to correct. As long as the detected signal the polarization evaluated for tracking no Signal level change, the entire system can in Rest remain, so that no motor drive for the tracking must be activated. This will be the total load of the rotationally driven mechanics significantly minimized in the prior art.
  • an alignment or readjustment in the elevation direction also at greater intervals be made in the system according to the invention.
  • AGC Anatenna Gain Control
  • Figure 1 is a schematic representation of a geostationary Satellite 1 reproduced. About this satellite the programs are orthogonal to each other over at least two sent stationary polarization planes.
  • This flat antenna 3 ' is, for example, on or in provided a moving object, such as a Motor vehicle, bus, ship or the like.
  • the antenna 3 must always track so that ensures optimal program reception becomes.
  • the antenna 3 with a tracking system 7 explained below (FIG. 2), So in the broadest sense with an evaluation and succession control device 7, about which a drive device 9 for alignment of the antenna 3 driven can be.
  • This drive device 9 comprises at least a vertical axis of rotation 11 around which by means of the evaluation and control device, so ultimately by means of the tracking system 7 and the corresponding drive device 9 ', a tracking of the antenna 3 in Azimuth direction is enabled.
  • a horizontal axis of rotation 13 is provided, to the antenna 3 also by means of another drive device 9 "in the elevation direction can.
  • the antenna 3 including an associated feed system is constructed so that the main beam directions of the two polarizations differ, with others Words so the main radiation direction K1 for the horizontal Polarization with respect to the main radiation direction K2 for the vertical polarization V at a defined angle ⁇ to each other.
  • This can be, for example in the case of a flat antenna by appropriate measures in realize the information networks.
  • the result is therefore for the vertical Polarization V a level difference of about -5 dB.
  • the entire setting is thus advantageously so chosen that level differences of the detected polarization per angle change are large, the absolute reception level but not too small, hence the level difference still easy to detect.
  • such an antenna is in perspective Illustration indicated, including a three-dimensional representation of the main radiation direction or main lobe (partially reproduced in section).
  • Elevation diagram yields the small one Half width in azimuth direction (in which the above explained, if necessary, each carried out readjustment or tracking the antenna carried out on the satellite becomes) and the comparatively large half width in the elevation direction, where it usually barely to a relevant signal level deterioration comes.
  • a still improved solution offers itself then if, in addition, a location system, for example exists in the form of a GPS receiver. deviations the elevation basic settings for the respective receiving location can then be passed through this GPS receiver easily find out the necessary information then be delivered to the tracking system. A corresponding readjustment as described above is then unnecessary.
  • An evaluation of the level differences can then be very simple by measuring the AGC, ie the Antenna Gain Control Signals are carried through the frontend.
  • a downstream one AD converter can provide the appropriate information a microprocessor as part of the tracking system, i.e. as part of the evaluation and control device.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachführung einer Antenne zum Empfang von orthogonal polarisierten Sendesignalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 9.
Bekanntermaßen müssen Satellitenantennen zum Empfang von über Satelliten ausgestrahlten Programmen entsprechend exakt auf einen Satelliten ausgerichtet werden. Dies ist grundsätzlich in Fahrzeugen auch dann möglich, wenn diese sich in parkender Position befinden. Probleme bestehen allerdings dann, wenn beispielsweise Satellitenprogramme in fahrenden Objekten empfangen werden sollen, also während einer Auto- oder Busfahrt, einer Eisenbahnfahrt, auf Schiffen oder in Flugzeugen.
Der Empfang von Satellitensignalen in derartigen bewegten Objekten wird dadurch erschwert, dass die Empfangsantennen wegen der kleinen Halbwertsbreite exakt auf den Satelliten ausgerichtet sein müssen. Dabei können sich Fahrzeuge mit Winkelgeschwindigkeiten in der Azimutebene von mehr als 30°/sec und mehr bewegen. Dies erfordert hohe Anforderungen an die Nachführeigenschaften eines Antennensystems, um die Antenne insbesondere bei azimutalen Richtungsänderungen des Objektes stets im Empfangsoptimum zu halten.
Grundsätzlich ist bereits ein Trackingsystem zum Nachführen einer Satellitenantenne auf eine geostationäre Satellitenposition auf bewegten Objekten bekannt geworden. Dabei wird über einen entsprechenden motorischen Antrieb die Satellitenantenne in einer stetigen pendelnden Bewegung gehalten und der Empfangssignalpegel ausgewertet. Ergibt sich eine Verringerung des Signalpegels so wird die Antenne wieder zurückgeführt, bis nach einem Anstieg des Signalpegels wieder ein Abfallen des Signalpegels festzustellen ist. Mit anderen Worten lässt man also die Hauptstrahlrichtung oder Hauptkeule des Empfangssystems der Satellitenantenne um den theoretischen optimalen Wert permanent pendeln, um darüber Informationen über die optimale Ausrichtung zu erhalten. Ein derartiges System weist aber mehrere Nachteile auf. Nachteilhaft zum einen ist, dass durch den permanenten Antrieb und die permanente Verstellung der Satellitenantenne durch die erwähnten Pendelbewegungen der Verschleiß des gesamten Systems beträchtlich ist. Zudem ist der kostenmäßige Aufwand auch nicht unbeträchtlich. Nachteilig ist vor allem aber auch, dass der Signalpegel des Satelliten nie optimal ausgenützt werden kann, da durch die Pendelbewegung die Hauptstrahlrichtung bzw. Hauptkeule der Antenne zur optimalen Ausrichtung herausgeführt werden muss, was zu dem unerwünschten Abfall des Signalpegels führt.
Darüber hinaus ist auch aus der DE 195 48 206 A1 eine weitere Einrichtung zum Empfang eines Satelliten-Signals bekannt geworden, welches beispielsweise auf Lastkraftwagen installiert werden kann. Bei Kurvenfahrten erfolgt die Feststellung einer Azimutal-Winkelabweichung zwischen der Einfallsrichtung des Satelliten-Signals und der Empfangsrichtung der Antenne durch Messung der Stärke des empfangenen Satelliten-Signals. Die Antenne wird ebenfalls, wie im vorstehend genannten Stand der Technik, nach Einstellung ihres Elevationswinkels so lange um ihre vertikale Achse hin und her verschwenkt, bis das empfangene Satelliten-Signal einen Maximalwert erreicht. Fällt das empfangene Satelliten-Signal wieder ab, weil die Antenne beispielsweise infolge von Kurvenfahrt des Landfahrzeugs aus der Empfangsrichtung des Satelliten weggedreht wird, wird die Antenne wieder um ihre vertikale Achse verschwenkt, bis das empfangene Satelliten-Signal wieder einen Maximalwert erreicht. Da sich bei dieser Azimutal-Nachführung der Antenne bei einem Abfall des empfangenen Satelliten-Signals nicht feststellen lässt, in welche Richtung die Antenne verschwenkt werden muss, muss dies stets durch Hin- und Herverschwenken ausprobiert werden. Fällt das empfangene Satelliten-Signal weiter ab, war die Schwenkrichtung falsch.
Um auch die Richtung der Azimutal-Nachführung der Antenne feststellen zu können, wird bevorzugt vorgeschlagen, die Antenne um einen kleinen Winkel um ihre Vertikalachse zu verschwenken, nachdem die Einfallsrichtung des Satelliten-Signals festgestellt worden ist. Diese Azimutalwinkel-Abweichung der Empfangsrichtung der Antenne von der Einfallsrichtung des Satelliten-Signals kann so klein gewählt werden, dass die Stärke des empfangenen Satelliten-Signals über einem Minimalwert liegt, der noch einen einwandreifen Bild- und Tonempfang sicher stellen soll. Durch diese Anordnung wird also die Antenne nie in der optimalen Empfangsrichtung betrieben. Dies wirft vor allem dann Probleme auf, wenn sich das Fahrzeug in einem Empfangsgebiet befindet, in welchem das Satelliten-Signal von Hause aus schon schwächer ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher ausgehend von dem zuletzt genannten Stand der Technik ein verbessertes Trackingsystem insbesondere für Satelliten mit dualpolarisierten Sendesignalen zu schaffen, um also vor allem eine Satellitenantenne, d.h. insbesondere eine Flach-Antenne zur Erzielung eines hohen Empfangs-/Signalpegels optimal auf einen Satelliten auszurichten.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gegenüber dem zuletzt genannten gattungsbildenden Stand der Technik ist es erfindungsgemäß möglich, eine Richtungsänderung z.B. eines Fahrzeuges bezüglich eines angepeilten Satellitens sicher zu detektieren, um das Antennensystem gezielt und damit antriebsschonend tatsächlich auf einen maximalen Empfangspegel nachzuführen.
Dabei baut die Erfindung auf folgenden Vorüberlegungen auf.
Um die vorhandenen Frequenzressourcen optimal zu nutzen, senden Satelliten orthogonal polarisierte Signale ab. Eine Satellitenempfangsantenne ist dabei in der Lage diese orthogonale Polarisationen eines vorgegebenes Frequenzbandes (häufig eines unteren oder oberen Frequenzbandes) zu empfangen. Für lineare Polarisationen bezeichnet man die beiden orthogonalen Polarisationen mit horizontal, wenn der E-Vektor horizontal zur Erde, d.h. parallel zum Horizont verläuft. Von einer vertikalen Polarisation wird gesprochen, wenn der E-Vektor der polarisierten elektromagnetischen Welle senkrecht zur Erde, d.h. senkrecht zum Horizont verläuft. Bei einer zirkularen Polarisation sind die beiden orthogonalen Polarisationen zirkular rechtsdrehend oder linksdrehend aufgebaut.
Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Antenne so aufgebaut, dass die Hauptstrahlrichtungen, d.h. die Hauptkeulen für die jeweilige Polarisation voneinander abweichen. Mit anderen Worten lässt man die Antenne z.B. in der Azimutebene um einen definierten Winkel schielen, d.h. dass die Achsen der Hauptkeulen der beiden orthogonalen Polarisationen in der Azimutebene voneinander um einen definierten Winkel abweichen. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass die Hauptstrahlrichtung oder die Hauptkeule der Antenne bzw. des Speisesystems bezüglich der H-Polarisation auf den gewünschten Satelliten ausgerichtet wird und demgegenüber die zweite Polarisation, im vorliegenden Fall also die V-Polarisation entsprechende Signale vom selben Satelliten empfängt, jedoch im steileren Flankenbereich der Hauptkeule. Eine Abweichung der Antennenausrichtung kann nunmehr leicht und exakt detektiert werden, da bereits eine geringfügige Abweichung bezüglich einer optimalen Ausrichtung der Antenne auf den Satelliten bezüglich der zweiten Polarisation zu einem sehr viel stärkeren Signalpegelabfall oder einem sehr viel stärkeren Signalpegelanstieg führt, als dies für die optimal ausgerichtete Polarisation detektiert werden könnte.
Sollen jeweils Programme der anderen Polarisation empfangen werden, so wird diese andere Polarisation, im gezeigten Beispiel die Hauptstrahlrichtung der Antenne bezüglich der V-polarisierten elektromagnetischen Wellen, optimal empfangen, d.h. auf den gewünschten Satellit ausgerichtet, wohingegen die zweite Polarisation, d.h. die H-Polarisation nunmehr zur Detektion einer Abweichung der Ausrichtung der Antenne und einer entsprechenden Nachführung herangezogen wird.
Es hat sich nunmehr gezeigt, dass ein Schielwinkel von beispielsweise 0,2° - 2,0°, vorzugsweise 0,4° - 1,0° voll ausreichend ist. Denn optimale Verhältnisse werden stets dann erreicht, wenn Pegelunterschiede der detektierten Polarisation pro Winkeländerung möglichst groß sind, dabei aber der absolute Empfangspegel noch nicht zu klein wird, damit der Pegelunterschied einfach zu detektieren ist. Mit anderen Worten sollte also der schielende Winkel so eingestellt werden, dass - wenn die Antenne bezüglich der einen aktiv empfangenen Polarisation optimal ausgerichtet ist - der zweite zur Detektion der Ausrichtung und Nachführung empfangene Signalpegel der zweiten Polarisation beispielsweise einen Signalpegelunterschied von 4 bis 5 dB aufweist. Wird während der Fahrt die Antenne dann aus ihrer optimalen Lage heraus verschwenkt, so kann mittels der detektierten Polarisation ein Pegelunterschied von beispielsweise 2 dB bezüglich der schielenden Polarisation gut gemessen werden, wobei derartige Pegelunterschiede bezüglich der detektierten Polarisation zu keinen nennenswerten Pegelverlusten bezüglich der anderen empfangenen Polarisation führt, deren Hauptstrahlrichtung auf den Satelliten optimal ausgerichtet werden soll.
Besonders vorteilhaft ist gemäß der erfindungsgemäßen Lösung auch, dass die Richtung der Nachregelung erkennbar ist. Eine Pegelerhöhung des detektierten Empfangssignals der einen Polarisation weist darauf hin, dass die Antenne von der nicht-schielenden Position in Richtung der detektierten schielenden Position verstellt werden muss. Dabei lässt sich sogar der Winkelbereich durch den Pegelunterschied bestimmen. Aus der Pegelabweichung kann letztlich sogar ein Verstellwinkel hergeleitet oder ein bestimmter Verstellwinkel einer bestimmten Pegelabweichung zugeordnet werden.
Umgekehrt kann bei einer Abweichung des detektierten Kontrollpegels hin zu geringeren Werten abgeleitet werden, dass die Antenne zur nicht-schielenden Polarisation hinbewegt werden muss.
Aus dem geschilderten Sachverhalt geht hervor, dass sich die Antenne sehr leicht nachregeln lässt, ohne dass der Empfang beeinträchtigt wird. Zudem sind die Nachregelungen nur dann erforderlich, wenn eine Fehlausrichtung tatsächlich zu korrigieren ist. So lange das detektierte Signal der für die Nachführung ausgewerteten Polarisation keine Signalpegeländerung erfährt, kann das gesamte System in Ruhe verbleiben, so dass also kein motorischer Antrieb für die Nachführung aktiviert werden muss. Dadurch wird die gesamte Belastung der drehangetriebenen Mechanik gegenüber dem Stand der Technik deutlich minimiert.
Werden beispielsweise Flachantennen mit sehr großen Unterschieden in den Abmessungen für die Azimutrichtung (große Abmessung) und die Elevationsrichtung (kleine Abmessung) und damit sehr unterschiedlichen Halbwertsbreiten in Azimut- (kleine Halbwertsbreite) und Elevationsrichtung (große Halbwertsbreite) verwendet, so ist es ausreichend, dass im normalen Fahrbetrieb eine Nachregelung nur in Azimutrichtung erfolgt, da durch die große Halbwertsbreite in Elevationsrichtung eine Steigung bzw. ein Gefälle bis zu 8% zu keinen erkennbaren Empfangseinbußen führt.
Bevorzugt kann aber eine Ausrichtung oder Nachjustierung in Elevationsrichtung ebenfalls in größeren Zeitabständen in dem erfindungsgemäßen System vorgenommen werden.
Ist zudem ein GPS-Empfänger vorhanden, so können Abweichungen der Elevations-Grundeinstellungen festgestellt und die nötigen Informationen an das Trackingsystem geliefert werden. Eine Auswertung der Pegelunterschiede kann sehr einfach durch Messen der AGC (Antenna Gain Control) des Frontends durchgeführt werden. Ein nachgeschalteter AD-Wandler kann die entsprechenden Informationen dann an den Mikroprozessor liefern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
Figur 1:
eine schematische Darstellung eines Satelliten sowie einer Satelliten-Empfangsantenne;
Figur 2:
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Trackingsystems mit einer Auswert-, Kontroll- und/oder Steuerungseinrichtung;
Figur 3:
ein Diagramm bezüglich der schielenden Ausrichtung der beiden Hauptstrahlrichtungen der Antenne zur Verdeutlichung des Empfangs-Signalpegels;
Figur 4:
eine schematische perspektivische Darstellung einer Flachantenne mit unterschiedlicher Erstreckung in Horizontal- und Vertikalrichtung;
Figur 5:
ein Azimutdiagramm bezüglich der in Figur 3 wiedergegebenen Flachantenne; und
Figur 6:
ein Elevationsdiagramm.
In Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein geostationärer Satellit 1 wiedergegeben. Über diesen Satelliten werden die Programme über zumindest zwei orthogonal zueinander stehende Polarisationsebenen gesendet.
Diese beiden orthogonalen Polarisationen können über eine Antenne 3, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Satellitenantenne in Form einer Flachantenne 3' empfangen werden.
Diese Flachantenne 3' ist beispielsweise auf einem oder in einem bewegten Objekt vorgesehen, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, Bus, Schiff oder dergleichen.
Während der Fahrt muss also die Antenne 3 stets so nachgeführt werden, dass ein optimaler Programmempfang gewährleistet wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 3 mit einem nachfolgend erläuterten Trackingsystem 7 (Figur 2), also im weitesten Sinne mit einer Auswerte- und Nachfolgesteuerungseinrichtung 7 versehen, worüber eine Antriebseinrichtung 9 zur Ausrichtung der Antenne 3 angesteuert werden kann. Diese Antriebseinrichtung 9 umfasst dabei zumindest eine vertikale Drehachse 11, um welche herum mittels der Auswerte- und Kontrolleinrichtung, also letztlich mittels des Trackingsystems 7 und der entsprechenden Antriebseinrichtung 9', eine Nachführung der Antenne 3 in Azimutrichtung ermöglicht wird. Darüber hinaus ist auch noch bevorzugt eine horizontale Drehachse 13 vorgesehen, um die Antenne 3 auch noch mittels einer weiteren Antriebseinrichtung 9" in Elevationsrichtung einstellen zu können.
Die Antenne 3 einschließlich eines dazugehörigen Speisesystems ist so aufgebaut, dass die Hauptstrahlrichtungen der beiden Polarisationen voneinander abweichen, mit anderen Worten also die Hauptstrahlrichtung K1 für die horizontale Polarisation gegenüber der Hauptstrahlrichtung K2 für die vertikale Polarisation V in einem definierten Winkel α zu einander laufen. Dies lässt sich beispielsweise im Falle einer Flachantenne durch geeignete Maßnahmen in den Informationsnetzwerken realisieren.
Lässt man also insoweit die Flachantenne in der Azimutebene um einen definierten Winkel α schielen, d.h. die Achsen K1 und K2 der Hauptkeulen HK und VK der beiden orthogonalen Polarisationen weichen in der Azimutebene von einander um den erwähnten definierten Winkel α ab, so kann z.B. die Hauptkeule HK der H-Polarisation auf den gewünschten Satelliten 1 exakt ausgerichtet werden, wohingegen die Hauptkeule VK der V-Polarisation von dem selben Satelliten die entsprechenden Signale empfängt, allerdings nicht im Bereich des größten Signalpegels, sondern im steileren Flankenbereich 15 der Hauptkeule VK. Dies eröffnet die Möglichkeit Abweichungen der Antennenausrichtung sehr leicht und genau zu detektieren. Dies soll anhand von Figur 3 näher erläutert werden, wobei die anhand von Figur 3 erläuterten Hauptkeulen HK bzw. VK in der schematischen perspektivischen Darstellung auch in Figur 1 bezüglich der Planarantenne schematisch wiedergegeben sind.
Bei dem Beispiel gemäß dem Diagramm nach Figur 3 wird davon ausgegangen, dass beispielsweise auf dem bewegten Objekt Programme empfangen werden sollen, die von dem Satelliten 1 über die horizontale Polarisation ausgestrahlt werden. Dazu soll also die horizontale Polarisation H der Antenne 3 bzw. des zugehörigen Speisesystems auf optimalen Empfang ausgerichtet sein, also exakt auf die Empfangsrichtung des Satelliten, um einen hohen Eingangssignalpegel zu realisieren. Dazu ist in Figur 3 über die Pfeildarstellung 6 die exakte Lage des Satelliten 1 angegeben, mittels welchem beispielsweise die H-Polarisation mit maximalem Signalpegel empfangen werden soll. Dazu ist in Figur 3 mittels der durchgezogenen Linie 17 der Empfangs-Signalpegelverlauf der jeweils aktiv empfangenen Polarisation, im gezeigten Ausführungsbeispiel der H-Polarisation, wiedergegeben, wobei die Satellitenantenne 3 und damit dieser Empfangs-Signalpegelverlauf 17 mit seiner Hauptkeule HK und damit mit seiner Hauptstrahlrichtung K1 exakt auf den Satelliten 1 ausgerichtet wird, so dass beispielsweise bezüglich der H-Polarisation der maximale Signalpegel 17' empfangen werden kann.
Demgegenüber ist nunmehr die Hauptstrahlrichtung K2 für die Hauptkeule VK für die vertikale Polarisation V in einem vorher definierten Winkel α von etwa 0,6° leicht schielend zur Hauptstrahlrichtung K1 der Hauptkeule zum Empfang der anderen Polarisation ausgerichtet. Der Empfangs-Signalpegelverlauf 19 der Antenne 3 bzw. des zugehörigen Speisesystems für den Empfang der vertikalen Polarisationen V ist in Figur 3 strichliert wiedergegeben und liegt entsprechend dem Schielwinkel α versetzt zu dem aktiven Empfangs-Signalpegelverlauf 17. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 wird bei optimal bzw. maximal empfangenem Signalpegel 17' bezüglich der aktiv empfangenen Polarisation demgegenüber für die zweite Polarisation V nur ein Signalpegel 19' empfangen, der auf der Flanke 15 des Signalpegelverlaufs 19 noch im oberen Bereich liegt.
Im gewählten Beispiel ergibt sich also für die vertikale Polarisation V ein Pegelunterschied von etwa -5 dB.
Würde nunmehr das Fahrzeug mit der erwähnten Antenne 3 während der Fahrt eine Kurvenfahrt vollziehen, bei welcher die Empfangs-Signalpegel 17 und 19 im Diagramm 3 nach rechts, bezogen auf die optimale Empfangsrichtung 21, wegdriften würden, so hätte dies bereits bei einer Verschiebung von 0,1° bis 0,2° zur Folge, dass der Pegelbereich bezüglich der empfangenen vertikalen Polarisation auf über -6 dB abfallen würde. Dieser Abfall kann deutlich und schnell gemessen werden. Dieser Abfall kann dann in dem Trackingsystem 7 einschließlich der Auswerte- und Kontrolleinrichtung 7' herangezogen werden, um darüber die entsprechende Antriebseinrichtung 9' um die vertikale Drehachse 11 so zu verdrehen, dass die Hauptkeule HK für die horizontale Polarisation H der Antenne bzw. des Speisesystems mit ihrer Hauptstrahlrichtung wieder deckungsgleich zur optimalen Empfangsrichtung 6 zu liegen kommt. Während also durch das detektierte und der Nachführung dienende Eingangs-Empfangssignal 19' für die vertikale Polarisation ein starker Signalabfall schnell feststellbar ist, hat dies in dem aufgeführten Winkelbereich für das empfangene aktive horizontale Polarisationssignal keinen relevanten Einfluss, so dass die hierüber aktiv empfangenen Programme mit praktisch gleichbleibender Güte und fast gleichbleibendem maximalen Signalpegel empfangen werden konnten.
Würde während einer Fahrt des bewegten Objektes eine Kurvenfahrt in anderer Richtung vorgenommen werden, so würde dies beispielsweise dazu führen, dass die beiden Empfangs-Signalpegelverläufe 17 und 19 im Diagramm gemäß Figur 3 nach links wegdriften würden. Dies würde zu einem Anstieg des empfangenen Signalpegels 19' bezüglich der vertikalen Polarisationen führen, so dass hier ebenfalls wieder sehr schnell über das Trackingsystems einschließlich der Auswerte- und Kontrolleinrichtung die Antriebseinrichtung 9' so angesteuert werden könnte, dass die Antenne 3 in entgegengesetzter Rotationsbewegung nachgeführt wird.
Die gesamte Einstellung wird also vorteilhafterweise so gewählt, dass Pegelunterschiede der detektierten Polarisation pro Winkeländerung groß sind, der absolute Empfangspegel aber nicht zu klein ist, damit der Pegelunterschied noch einfach zu detektieren ist. Wird beispielsweise, wie erwähnt, der Schielwinkel α zwischen den beiden empfangenen Polarisationen so gewählt, dass sich ungefähr ein Pegelunterschied von etwa 5 dB zwischen den beiden Polarisationen ergibt, so führt dies in einen Pegelbereich von etwa -2,5 bis -6,5 dB oder beispielsweise -3 bis -7 dB zu gut messbaren Pegelunterschieden von etwa 2 dB. Mit anderen Worten führen bereits geringe Abweichungen der Satellitenantenne von ihrer optimalen Ausrichtung auf den betreffenden Satelliten zu schnell detektierbaren und ausreichend großen Signalveränderungen bezüglich der schielenden Polarisation, also in einen Bereich, in dem noch keine nennenswerten Pegelverluste der aktiven Polarisationsebene feststellbar sind, deren Hauptstrahlrichtung auf den Satelliten zum Empfang des jeweils gewünschten Programmes ausgerichtet ist.
Verwendet man Flachantennen mit sehr großen Unterschieden in den Abmessungen für die Azimutrichtung (mit einer möglichst großen Abmessung) und die Elevationsrichtung (mit einer möglichst kleinen Abmessung) und damit sehr unterschiedlichen Halbwertsbreiten in Azimutrichtung (kleine Halbwertsbreite) und in Elevationsrichtung (große Halbwertsbreite), so muss im normalen Betrieb nur in Azimutrichtung nachgeregelt werden, da große Halbwertsbreiten in Elevationsrichtung dazu führen, dass bei Steigungen bzw. Gefällen von bis zu 8% praktisch keine erkennbare Empfangseinbuße festzustellen ist.
Anhand von Figur 4 ist eine derartige Antenne in perspektivischer Darstellung angedeutet, und zwar einschließlich einer dreidimensionalen Darstellung der Hauptstrahlrichtung bzw. Hauptkeule (teilweise im Schnitt wiedergegeben).
Aus dieser Darstellung sowie in dem weiterhin in Figur 5 wiedergegebenen Azimutdiagramm und dem in Figur 6 wiedergegebenen Elevationsdiagramm ergibt sich die kleine Halbwertsbreite in Azimutrichtung (in welcher die oben erläuterte bei Bedarf jeweils durchgeführte Nachregelung bzw. Nachführung der Antenne auf den Satelliten durchgeführt wird) und die vergleichsweise große Halbwertsbreite in Elevationsrichtung, bei der es in der Regel kaum zu einer relevanten Signalpegelverschlechterung kommt.
Unabhängig davon empfiehlt es sich in Elevationsrichtung eine Ausrichtung zur Nachkontrolle durchzuführen. Dies vor allem auch deshalb, da an unterschiedlichen Empfangsorten unterschiedliche Grundeinstellungen der Elevationsrichtungen erforderlich sind. Diese Korrektur kann in zeitlichen Abständen, z.B. alle halbe Stunde durch Neuausrichtung in Elevationsrichtung erfolgen. Dazu kann beispielsweise die Ausrichtung der Antenne in Elevationsrichtung so verändert werden, dass sich der Pegel durch Fehlausrichtung um z.B. 2 dB verringert, um anschließend die Antenne in entgegengesetzter Richtung, also auf die entgegengesetzte Seite der Hauptkeule zu verstellen, bis sich wieder der gleiche Empfangspegel einstellt. Anschließend kann die Satellitenantenne dann auf die Mitte zwischen den beiden Einstellwerten einjustiert werden. Dieser Vorgang ist aber nur sehr selten nötig und belastet das System nicht durch unnötige Einstellvorgänge.
Eine demgegenüber noch verbesserte Lösung bietet sich dann an, wenn zusätzlich noch ein Ortungssystem beispielsweise in Form eines GPS-Empfängers vorhanden ist. Abweichungen der Elevations-Grundeinstellungen für den jeweiligen Empfangsort lassen sich dann durch diesen GPS-Empfänger leicht feststellen, wobei die notwendigen Informationen dann an das Trackingsystem geliefert werden können. Eine entsprechende Nachregelung wie oben beschrieben ist dann nicht notwendig.
Eine Auswertung der Pegelunterschiede kann dann sehr einfach durch Messen der AGC, also des Antenna Gain Control Signals, durch das Frontend durchgeführt werden. Ein nachgeschalteter AD-Wandler kann die entsprechenden Informationen einem Mikroprozessor als Teil des Trackingsystems, d.h. als Teil der Auswert- und Kontrolleinrichtung liefern.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Nachführung einer auf oder in einem bewegten Objekt befindlichen Antenne auf einen Sender, insbesondere einen Satelliten, der Signale in zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Polarisationen ausstrahlt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    es werden Antennen verwendet, deren beide Hauptstrahlrichtungen (K1, K2) oder Hauptkeulen (HK, VK) bezüglich der beiden empfangenen orthogonalen Polarisationen (H, V) zueinander einen divergierenden Schielwinkel (α) aufweisen,
    die Nachführung der Antenne (3) zum Empfang von über die horizontale Polarisation (H) ausgestrahlten Programmen erfolgt in Abhängigkeit des Empfangs-Signalpegels (19') und/oder der Empfangs-Signalpegel-Unterschiede (19') der weiteren detektierten vertikalen Polarisation (V), und
    die Ausrichtung und Nachführung der Antenne (3) zum Empfang von über die vertikale Polarisation (V) ausgestrahlten Programmen erfolgt in Abhängigkeit des Empfangs-Signalpegels (17') und/oder der Empfangs-Signalpegelunterschiede (17') der weiteren detektierten horizontalen Polarisation (H).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antenne mit einem Schielwinkel (α) zwischen den beiden Hauptkeulen (HK, VK) zum Empfang der beiden Polarisationen (H, V) verwendet wird, derart, dass der der Detektion für die Nachführung der Antenne dienende Empfangs-Signalpegel (19') der einen Polarisation um etwa 2 bis 8 dB, vorzugsweise um etwa 4 bis 5 dB niedriger liegt als der Empfangs-Signalpegel (17') der auf optimalen Empfang nachgeführten anderen Polarisation (H, V) der Antenne (3).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Polarisationen (H, V) ein Schielwinkel (α) verwendet wird, derart, dass der empfangene Signalpegel (17', 19') der der Detektion für die Nachführung der Antenne (3) dienenden Polarisation (V, H) im Flankenbereich (15) der Hauptkeule (HK oder VK) liegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Empfang-Signalpegels (17', 19'), der der Detektion der schielenden Polarisation dient, die Antenne (3) so verstellt wird, dass die Hauptstrahlrichtung (K1, K2) oder Hauptkeule (HK, VK) der für den Empfang eines Programmes dienenden nachzuführenden Polarisation (H, V) in Richtung der der Detektion dienenden schielenden Polarisation (H, V) verstellt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Absinken des Empfangs-Signalpegels (17', 19'), der der Detektion der schielenden Polarisation dient, die Antenne (3) so verstellt wird, dass die Hauptstrahlrichtung oder Hauptkeule der dem Empfang eines Programmes dienenden nachzuführenden Polarisation (H, V) von der der Detektion dienenden schielenden Polarisation (H, V) weg verstellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flachantenne (3, 3') verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flachantenne (3, 3') mit einem Summationsnetzwerk verwendet wird, das so eingestellt ist, dass die Hauptrichtungen (K1, K2) oder Hauptkeulen (HK, VK) zum Empfangen der beiden orthogonalen Polarisationen (H, V) in einem definierten Schielwinkel (α) zueinander ausgerichtet sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flachantenne (3, 3') verwendet wird, deren Azimuterstreckung gegenüber der Elevationserstreckung groß dimensioniert ist, also in Azimutrichtung eine Längserstreckung aufweist, die zumindest dreimal so groß, vorzugsweise viermal so groß ist wie in Elevationsrichtung.
  9. Vorrichtung zur Nachführung einer auf oder in einem bewegten Objekt befindlichen Antenne auf einen Sender, insbesondere einen Satelliten, der Signale in zwei orthogonal zueinander ausgerichteten Polarisationen ausstrahlt, mit einer Auswerte-, Kontroll- und/oder Steuerungseinrichtung (7) zur Nachführung der Antenne (3) um zumindest eine Achse in Azimutrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale
    die Antenne (3, 3') und/oder das Speisesystem sind so aufgebaut, dass die beiden Hauptstrahlrichtungen (K1, K2) oder Hauptkeulen (HK, VK) der beiden empfangenen orthogonalen Polarisationen (H, V) in einem Schielwinkel (α) zueinander divergierend verlaufen,
    über die Auswerte-, Kontroll- und/oder Steuerungseinrichtung (7) wird der Signalpegel (19', 17') und/oder der jeweils schielend eingestellten Hauptkeule (VK oder HK) bezüglich der zugehörigen, empfangenen Polarisation (V oder H) und die sich ergebende Signalpegelveränderung so ausgewertet, dass die jeweils andere Polarisation (H oder V), über die ein jeweils aktuell gewünschtes Programm empfangen wird, gegenüber dem Signal-Empfangspegel (19' oder 17') der schielend eingestellten Polarisation einen höheren Signalpegel (17' oder 19'), vorzugsweise einen maximalen Signalpegel (17' oder 19') aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schielwinkel (α) zwischen den beiden Polarisationen (H, V) bzw. zwischen den Hauptstrahlrichtungen (K1, K2) und/oder den beiden Hauptkeulen (HK, VK) so vorgesehen ist, dass der der Detektion für die Nachführung der Antenne (3) dienende Empfangs-Signalpegel (19', 17') um etwa 2 bis 8 dB, vorzugsweise um etwa 4 bis 5 dB niedriger liegt als der Empfangs-Signalpegel (17', 19') der auf optimalem Empfang nachgeführten Hauptkeule (HK oder VK) der Antenne(3).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schielwinkel (α) zwischen den beiden Polarisationen (H, V) bzw. den beiden Hauptstrahlrichtungen (K1, K2) der Hauptkeulen (HK, VK) so vorgesehen ist, dass der empfangene Signalpegel (17' oder 19') der der Detektion für die Nachführung der Antenne (3) dienenden Polarisation im Flankenbereich (15) der Hauptkeule (VK, HK) liegt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Empfang-Signalpegels (19' oder 17') der der Detektion dienenden schielend eingestellten Polarisation die Antenne (3) so verstellbar ist, dass die für den Empfang eines Programms dienende nachzuführende Hauptstrahlrichtung (K1 oder K2) einer Hauptkeule (HK oder VK) in Richtung der der Detektion dienenden schielenden Hauptstrahlrichtung (K2 oder K1) der Hauptkeule (VK oder HK) der weiteren Polarisation (V, H) verstellbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Absinken des Empfangs-Signalpegels (19' oder 17') der der Detektion dienenden Hauptstrahlrichtung (K2 oder K1) der Hauptkeule (VK, HK) die Antenne (3) so verstellbar ist, dass die dem Empfang eines Programmes dienende nachzuführende Hauptstrahlrichtung (K1 oder K2) der zugehörigen Hauptkeule (HK oder VK)von der der Detektion dienenden schielenden Hauptkeule (VK oder HK) bzw. der zugehörigen Hauptstrahlrichtung (K2 oder K1) weg verstellbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) aus einer Flachantenne (3') besteht.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) insbesondere in Form einer Flachantenne (3') mit einem Summationsnetzwerk ausgestattet ist, das so eingestellt ist, dass die Hauptkeulen (HK, VK) bzw. ihre entsprechenden Hauptstrahlrichtungen (K1, K2) zum Empfang der beiden Polarisationen (H, V) in einem definierten Schielwinkel (α) zueinander ausgerichtet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) insbesondere in Form einer Flachantenne (3') so gestaltet ist, dass deren Azimuterstreckung gegenüber der Elevationserstreckung so dimensioniert ist, also in Azimutrichtung eine Längserstreckung aufweist, die zumindest dreimal so groß, vorzugsweise viermal so groß ist wie in Elevationsrichtung.
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