FI91460C - Satelliittiantennijärjestely - Google Patents

Description

i 91460

SATELLIITTIANTENNIJÅRJESTELY

Keksinnon kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa mååritelty satelliittiantennijårjestely 5 erityisesti puheviestintaan tarkoitettua liikkuvaa maa-asemaa vårten.

Uusia satelliittijårjestelmiå on kehitteillå erityisesti liikkuvia maaviestintåjårjestelmiå vårten. Tiedonsiirto- ja paikannusjårjestelmiå, kuten Inmarsat 10 C, PRODAT, Euteltracks and Lockstar, on jo esitelty ja ne ovat asteittain tulossa kåyttddn. Markkinointitutki-mukset osoittavat myos, ettfi on tarvetta puheviestintå-jårjestelmille. Kaksi jårjestelmåå EMS (European Mobile System) ja Inmarsat M ovat kehitteillå L-kaistan puhe-15 viestintåaln tarkoitettuja liikkuvia maa-asemaviestintS-jårjestelmiå vårten. Jårjestelmåt tåydentåvåt erityisesti maalla liikkuville asemille tarjottuja palveluita antamalla kåyttoon joustavia suljettuja verkkoja, jotka kattavat koko Euroopan alueen. Eråånå lupaavimpana 20 sovellutuksena voidaan pitåå kuorma-autojen viestintå-verkkoja.

Ympårisåteileviå antenneja voidaan kåyttåå pienillå datansiirtonopeuksilla. Nåiden antenneiden vahvistus on luokkaa 3...5 dBi, mikå on yleenså riit-25 tåvå. Ååniviestinnåsså tarvitaan kuitenkin parempaa signaali-kohinasuhdetta, kuin mi tå ympårisåteilevåt antennit voivat tarjota. Tåmå vaatimus johtaa siihen, ettå antennin vahvistus tåytyy olla vfihintåån luokkaa 10 ... 12 dBi. Enneståån tunnetaan monia antennijårjes-30 telyjå, joissa antennielementti on suunnattavissa. Tållaisia antenneja ovat mm. tietyt rako- ja torvian-tennit sekå dipoliantennit. Ongelmana nåiden antenniyk-sikoiden kohdalla on syottopiirisovitusten mutkikkuus ja soveltumattomuus erilaisille seurantajårjestelmille.

35 Lisåksi nåiden antennielementtien mekaaniset ominaisuu-det ovat usein sopimattomia nimenomaan liikkuvaa maa-asemaa ajatellen.

2

Keksinnon tarkoituksena on tarjota uusi antenni jårjestely, jonka avulla voidaan poistaa edellå mai-nitut ongelmat. Edelleen keksinnon tarkoituksena on saada aikaan valmistuskustannuksiltaan edullinen ja 5 massatuotantoon sopiva antennijårjestely.

Keksinnon mukaiselle antennijårjestelylle on tunnusomaista se, mit3 on esitetty patenttivaatimukses-sa 1.

Keksinndn mukaiseen satelliittiantennijårjes-10 telyyn erityisesti puheviestintåån tarkoitettua liikku-vaa maa-asemaa vårten kuuluu antenniyksikko, joka on atsimuuttitasossa suunnattavissa satelliittiin. Keksinnon mukaisesti satelliittiantennijårjestelyyn kuuluu antenniyksikko, joka on muodostettu joukosta antennie-15 lementtejå ja maatasolevyjå, ohjausyksikkd ja kytken-tayksikko, jonka antenniyksikdn antennielementit maa-tasolevyineen on jfirjestetty rinnakkain ympyrMn kehSlle ja joista antennielementeistS samaan aktiiviseen anten-niyksikkoon kuuluu yhtSaikaisesti kaksi vierekkaista an-20 tennielementtiS, jotka valitaan ohjausyksikdn ja kytken-tayksikdn avulla vastaanottamaan halutusta suunnasta ja lahettSmaån olennaisesti samaan suuntaan ympyrfipolarisoi-tunutta sahkdmagneettista sfiteilyfi.

Antennielementit ovat edullisesti kulkuaalto-25 tyyppisiS ilmaeristeantennielementtejå, jotka ovat rakenteeltaan identtisia. Antennielementit on jårjes-tetty ympyran kehSlle siten, ettå ne peittMvSt koko 360°:n kehaalueen. SatelliittiantennijårjestelystS

voidaan tålloin valita ohjausyksikdn ja kytkentåyksikdn 30 avulla ne kaksi antennielementtiå, joiden såteilykeilat suuntautuvat haluttuun suuntaan.

Satelliittiantenni jårjestelyn erååsså sovellu-tuksessa kukin antennielementti on muodostettu johtavaa materiaalia, edullisesti metallia, olevasta ohuesta 35 levystå ja kuhunkin antennielementtiin kuuluu tasomai-nen ympyran kaaren muotoinen osa eli kaariosa, joka on leveydeltåån edullisesti vakio ja joka on sovitettu 3 91460 vakioetaisyydelle maatasolevysta ja kapenevat, edulli-sesti kolmiomaiset, kfirkiosat, jotka sijaitsevat kaa-riosan kummassakin pfifissfi ja jotka on jfirjestetty kul-maan kaariosan tasoon nfihden ja kohti maatasolevyå, 5 joiden kårkiosien påihin on sijoitettu navat, joista toinen on kytketty sydtto/vastaanottopiiriin ja toinen kuormaan. Antennielementit maatasoineen on sovitettu samassa asennossa eli korotuskulmassa rinnakkain ympy-rån kehalle.

10 Satelliittiantennijår jestelyn erfifissfi sovellu- tuksessa kunkln antennielementin kfirkiosat on muotolltu tylpiksi kfirjiksi, edullisesti tasakfirjiksi, ja joiden tylppien kfirkien lfiheisyyteen on sijoitettu navat kfir-kien muotoon nfihden epfisymmetrisesti. Tfillfi napojen 15 sijoittelulla saadaan aikaan erittfiin hyvS sovitus antennielementin, sen sydtto/vastaanottopiirin ja kuor-man vålille.

Satelliittiantenni jHr jestelyn erSSssfi sovellu-tuksessa kunkin antennielementin maatasolevy on muo-20 dostettu allasmaiseksi osaksi, johon antennielementti on asennettu. Tållaisella maatasolevyllS on j&ykk& me-kaaninen rakenne. Lisfiksi tållaisella maatasolevyllfi saavutetaan suoraan maatasolevyyn verrattuna parempi isolaatio naapuriantennielementtien vfilille. Lisfiksi 25 tfillainen maatasolevy vaikuttaa stabiloivasti syottd-pisteen impedanssiin.

Satelliittiantenni jfir jestelyn erfifissfi sovellu-tuksessa kytkentfiyksikkdSn kuuluu kaksi kytkinryhmfifi, joiden avulla kaksi rinnakkaista antennielementtifi on 30 valittavissa halutusta paikasta ympyrfin kehfillfi. Kyt-kinryhmfit ovat edullisesti muodostettu PIN-diodeista.

Satelliittiantenni jfir jestelyn erfifissfi sovellu-tuksessa antennijfirjestelyyn kuuluu tehonjako- ja vai-heistusyksikko, jossa on kaksi vaiheistinta ja 180° 35 hybrid!, joka tehonjako- ja vaiheistusyksikkd on yhdis-tetty kytkentfiyksikkdon.

Satelliittiantenni jfir jestelyn erfifissfi sovellu- 4 tuksessa vaiheistin on kuormituslinjatyyppinen vaiheis-tin. Siihen kuuluu kuuluu kaksi toisesta pååståån tulo-ja låhtoportteihin yhdistettyå rinnakkaista siirtojohtoa, tulo- ja lahtSporttien valille sovitetut siirtojohdot, 5 ja tulo- ja låhtoportteihin yhdistettyjen sovitusjohtojen påihin asennetut kytkentåelimet vaihe-eron toteuttamisek-si. Kytkentayksikon ja mainittujen vaiheistimien avulla valitulle kahdelle antennielementille voidaan toteuttaa kolme eri suuntaista sateilykeilaa vaiheistimien kytki-10 mien tiloista riippuen. Nain kahdesta antennielementistå muodostetun aktiivisen antenniyksikon såteilykeilaa voidaan edullisesti sååtaa esim. i 7° antennielementtien keksimfiåråiseen normaalisuuntaan nåhden ja nain toteuttaa joutavasti ja luotettavasti satelliitin seuranta. LisMksi 15 suhteellisen pienellM antennielementtien mfiårallS ympyran kehallå voidaan toteuttaa ainakin kaksinkertainen joukko sSteilykeiloja, jotka tayttavat olennaisesti aukottomasti atsimuuttitason.

SatelliittiantennijMrjestelyn eråMssa sovellu-20 tuksessa antennielementit on varustettu tukielimilla, joiden avulla antennielementit on jårjestetty runko-osaan atsimuuttitasoon nåhden sopivaan korotuskulmaan. Korotuskulma riippuu seurattavan tietoliikennesatellii-tin rata-asemasta ja sen maa-aseman meantieteellisestå 25 asemastd/ jossa antennijarjestelyå kåytetåån.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu-tuksessa tukielimet ovat såådettåviå elimiå korotuskul-man sååtamiseksi. Tukielimien avulla kaikkien antennielementtien korotuskulma asetetaan samaksi atsimuut-30 titasossa siten, ettå antennielementtien såteilykeilo-jen korotuskulmat ovat oikeat satelliitin asemaa aja-tellen. Korotuskulma vaihtelee vålillå 10° - 50° ja se on edullisesti asetettavissa esim. 10°:n vålein. Såtei-lykeilan leveys kattaa vielå mainitun 10°:n alueen il-35 man, ettå keilan reuna-alueen vahvistuksessa tapahtuu kovin voimakasta heikkenemistå.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu- 5 91460 tuksessa antennijSrjestely on varustettu suojakuvulla.

SatelliittiantennijMrjestelyn erMMssM sovellu-tuksessa siihen kuuluu suuntauslaite satelliitin etsin-nMn ja seurannan toteuttamiseksi. TMhan suuntauslait-5 teeseen on yhdistetty ilmaisin- ja mittausyksikkd sig-naalitason mittaamiseksi kMytetyllM radiotaajuusalueel-la. Suuntauslaite on yhdistetty ohjausyksikkddn ja kytkentMyksikkdSn niiden kahden yhdesså toimivan anten-nielementin valitsemiseksi antennielementtien joukosta, 10 joiden antennielementtien vMlityksellM saadaan signaa-litasoltaan paras tietoliikennenyhteys satelliittiin. Suuntauslaite toteutetaan edullisimmin mikroprosessori-pohjaisella tietojenkMsittelylaitteella, johon kuuluu joukko oheis- ja liitMntMyksikditM. Suuntauslaitteeseen 15 eri toiminnot on sopivasti ohjelmoitu.

Keksinnon etuna on, ettM satelliittiantenni-jMrjestely on suhteellisen yksinkertainen ja pieneen tilaan sopiva. TMllainen antennijårjestely on valmis-tuskustannuksiltaan edullinen ja soveltuu nåin massa-20 tuotantoon.

Keksinnttn etuna on, ettM antennielementtien muodostamalla antenniyksikdllM ja siihen liitetyllM yksinkertaisella syGttB/vastaanottojMrjestelyllM saadaan muodostetuksi edullisimmin 24 identtistM sMteily-25 keilaa vaakatasoon. NMiden sMteilykeilojen avulla voi-daan peittaa koko vaakatason kulma-alue. Satelliitti-signaalin haku ja seuranta tapahtuvat tSysin sMhkoi-sesti ilman liikkuvia osia.

Edelleen keksinnon etuna on, ettM aktiivisella 30 antenniyksikdllM, johon kuuluu samanaikaisesti kaksi antennielementtiM, saadaan aikaan suuri vahvistus.

Edelleen keksinndn etuna on, ettM antennijMr-jestelyn syottopiiri on suhteellisen yksinkertainen ja se tarjoaa tehokkaan ja yksinkertaisen tavan kytkeM ja 35 vaiheistaa halutut sMteilykeilat valituista antenniele-menteista.

Edelleen keksinnon etuna on, ettM antenniele- 6 menttien lukumaåråån nåhden saadaan aikaan kaksinker-tainen mååra såteilykeiloja. Ympyrån kehSlle sijoite-tuista antennieleraenteistå on aina kaksi aktiivista elementtiå ja ne tuottavat kaksi såteilykeilaa ennalta 5 maårMtyllå vaiheistuksella.

Edelleen keksinndn etuna on, ettM korotuskul-man saataminen on yksinkertaista ja se voidaan toteut-taa joko mekaanisesti tal sopivalla toimilaitteella.

Edelleen keksinndn etuna on, ettå antenniyksi-10 kdn avulla saadaan aikaan sopiva sateilykuvio, jonka peittoalue saadaan laajaksi. Satelliittiantennijårjes-tely soveltuu pienille korotuskulmille aina n. 10°:sta asti, jotka ovat erityisen tarkeitS pohjoisilla leveys-asteilla antennijarjestelyn kayttoM ajatelleen.

15 Edelleen keksinnon eduista voidaan todeta seuraavaa: satelliitin etsintårutiinit toimivat nopeas-ti, kun jSrjestely kSynnistetMan. Edelleen jarjestelmS ottaa huomioon kohtuullisen suuren antenniyksikon koh-distusvirheen, kun otetaan huomioon antenniyksikdn 20 kaistaleveys ja vahvistushåvio. Edelleen jårjestelyn etuna on, ettM se toimii pienellå signaali-kohinasuh-teella. Edelleen antennijSrjestely toimii luotettavasti huolimatta lyhyen ja pitkfin ajan signaalitason muutok-sista. Edelleen antennijSrjestelyn etuna on, etta se 25 toipuu nopeasti hMiridtilanteista. Lisåksi antennijSr-jestely aiheuttaa minimaalisen våhån vååristymiå vies-tintSkanaville.

Seuraavassa keksintda selostetaan yksityiskoh-taisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 30 kuva 1 esittaM pSaltS katsottuna eråstå keksinndn mu-kaista satelliittiantennijarjestelyå; kuva 2 esittaa poikkileikkausta A - A kuvan 1 mukaises-ta satelliittiantennijSrjestelystå; kuva 3a esittMcl antennielementtiå pååltå ja kuva 3b 35 sivulta katsottuna; kuva 4 esittåå lohkokaaviona pååosia keksinnon mukai-sesta satelliittiantennijarjestelystS; 91460 7 kuva 5 esittaa kaaviomaisesti hybridiS; kuva 6 esittaa kaaviomaisesti vaiheistinta; kuva 7 esittSa layout-kaaviota tehonjako- ja vaiheis- tusyksikostM; 5 kuva 8 esittaM sateilykeiloja; kuva 8a esittaa aktiivi-sen antennielelementtiparin såteilykeiloja ja kuva 8b antenniyksikon, jossa on 12 antennielementtia, toteu-tettavissa olevia sateilykeiloja; ja kuva 9 esittaa suuntauslaitetta lohkokaaviomuodossa 10 siihen liittyvine yksikkoineen ja laitteineen.

Kuvissa 1 ja 2 on esitetty eras keksinndn mukainen satelliittiantennijarjestely havainnollisena kaaviokuvana. Antenni jarjestelyyn kuuluu antenniyksikkd 1’, jossa on joukko identtisia antennielementteja 1; 11 15 - 112 ja niiden maatasolevyjå 9; 91 - 912 , jotka on j3r- jestetty kiekon muotoiselle runko-osalle 2. Ne on sovi-tettu rinnakkain ympyrAn kehaile runko-osan 2 reuna-alueelle. Ne on jarjestetty pienen etaisyyden paahAn toisistaan siten, ettå ne tayttavat tåsså tapauksessa 20 sektori kerrallaan koko kehAalueen. TAssa sovellutus-esimerkissa antenniyksikko 1’ on muodostettu kahdesta-toista antennielementista 11 - l“ ja maatasolevysta 91 -912.

Antennijarjestelyyn kuuluu myos tukielimet 3, 25 joiden avulla antenniyksikdn 1' element it 11 - 112 maa-tasolevyineen 91 - 912 on jarjestetty runko-osaan 2 nahden sopivaan korotuskulmaan a. Tukielimet 3 ovat esim. tukitankoja, jotka ovat pituudeltaan jaksottain tai jatkuvasti manuaalisesti tai sopivalla toimilait-30 teella saadettSvia elimia korotuskulman o saatamiseksi.

Antennijarjestelyyn kuuluu edelleen ohjausyk-sikko 4 ja kytkentayksikko 5. Antennielementeista 11 -112 samaan aktiiviseen antenniyksikkodn esim. 6 kuuluu yhtaaikaisesti kaksi antennielementtia l7, l8, jotka 35 valitaan ohjausyksikon 4 ja kytkentayksikdn 5 avulla vastaanottamaan halutusta suunnasta ja lahettamaan olennaisesti samaan suuntaan ympyrapolarisoitunutta 8 såhkomagneettista sSteilya.

Satelliittiantennijarjestely on varustettu suojakuvulla 7 antennielementtien l1 - l12 ja mulden antennlj8rjestelyyn kuuluvlen laittelden suojaamiseksi.

5 Antennielementit 1; l1 - l12 ovat identtisiS, diskreetteteja kulkuaaltotyyppisia ilmaeristeantenni-elementteja, kuten kuvissa 3a ja 3b on esltetty. Kukln antennielementti 1 on muodostettu johtavaa materiaalia, edullisestl metallla kuten kuparia tal messinkia, ole-10 vasta ohuesta levysta 8. Antennielementtiin 1 kuuluu tasomainen vakiolevyinen ja olennaisesti ympyrån kaaren muotoinen osa eli kaariosa 8a. TMma kaariosa 8a tayttaa ympyrMstS 270°:n sektorln. Kaarlosan 8a nimellinen sSh-koinen pituus on lahelia kaytettya aallonpituutta. Kaa-15 riosa 8a on sovitettu vakioetaisyydelle h maatasole-vystM 9.

Kaarlosan 8a kummassakin påassa on kapenevat, edullisestl tasakylkisen kolmion muotoiset, karkiosat 8b, 8c. Karkiosat 8b, 8c on jMrjestetty kaarlosan 8a 20 tasoon nahden kulmaan kohtl maatasolevya 9. Ne on edul-lisesti samaa yhtenaista levymateriaalia kuin kaariosa 8a ja taivutettu kaariosasta 8a. Karkiosien 8b, 8c vaiissa on rako 10. Karkiosien 8b, 8c paat on muotoiltu tylpiksi karjiksi, edullisimmin ne on katkaistu tasa-25 karjiksi 8d, 8e, kuten kuvasta 3a voidaan havaita.

Tasakarkien 8d, 8e laheisyyteen karkiosien 8b, 8c kes-kiviivaan D-D, E-E nahden epasymmetrisesti, so. tasakarkien sivuun, on sijoitettu navat 11, 12. Toinen napa toimii syottonapana ja toinen kuormitusnapana. Karki-30 osien 8b, 8c muotoilulla tylpiksi karjiksi, erityisesti tasakarjiksi 8d, 8e, ja napojen 11 ja 12, epasymmetri-selia sijoittelulla saadaan aikaan optimaalinen sovitus (likipitaen 50 ohmia) antennielementin ja syotto/vas-taanottopiirin vålille. Antennielementti on raon 10 35 keskella ja sen suunnassa kulkevaan suoraan F-F nahden symmetrinen. Riippuen kåytetysta ympyrapolarisaation suunnasta kummatkin navat 11, 12 voivat toimia joko 91460 9 sydttd- tai kuormitusnapana.

Kytkentfitapit vievat navoista 11, 12 maataso-levyn 9 låpi siitå sahkoisesti eristettyinfi maatasole-vyn toiselle puolelle, josta ne on yhdistetty kytken-5 tåyksikkddn 5 ja sovituskuormiin 15 (vert. kuva 4). Kårkiosien 8b, 8c tylpistfi kårjistå, kuten tasakårjistå 8d, 8e, antennielementti 1 on kiinnitetty kytkentåtap-pien avulla alustana toimivaan maatasolevyyn 9 kuiten-kin niin, ettå såhkoistå yhteyttå ei ole, so. eristele-10 vy tai- kalvo on jårjetetty liitokseen. Antennielement-ti 1 on lisåksi tuettu edullisimmin kaariosan 8a kes-keltå sahkoisesti eriståvållå tuella 10a maatasolevyyn 9.

Antennielementin 1? I1 - l12 såteilytehoa voi-15 daan sååtåå levyn 8 kaariosan 8a leveyttå b ja etåi-syyttå h maatasotasosta 9 sååtåmållå. Optimaalinen an-tennivahvistus saavutetaan, kun noin 90% antenniele-menttiin syotetystå tehosta muuttuu såteilyksi ja 10% absorboituu sovituskuormaan.

20 Aktiivinen antenniyksikkd, esim. 6 kuvassa 1, muodostetaan såhkoisesti valitsemalla kaksi rinnakkais-ta antennielementtiå, kuten l7, Is antennielementtien l1 l12 joukosta. Sillå saavutetaan merkittåviå etuja yhteen valittavaan antennielementtiin nåhden. On huo-25 mattu, ettå antennielementin optimaalinen vahvistusarvo ja såteilykeilan leveys riippuvat maatasolevyn 9; 91 -912 muodosta ja koosta. Pååteilykeilan maksimin suunta riippuu jonkin verran kåytetystå taajuudesta ja se poikkeaa maatasolevyn normaalista n. 5 - 15°. Tåmå 30 poikkeamakulma riippuu myos maatasolevyn muodosta. Kah-den yhteistoiminnassa olevan rinnakkaisen antennielementin l1 - l12 avulla, jotka elementit on sovitettu etåisyyden pååhån toisistaan ja joita syotetåån rin-nakkain sopivalla vaihe-erolla, pååsåteilykeilan kulma-35 riippuvuus taajuudesta voidaan likipitåen eliminoida.

Maatasolevy 9 on puolisuunnikkaan muotoinen taso, jonka reunat 9a, 9b, 9c ja 9d on kåånnetty ylds- 10 pain slten, etta maatasolevysta muodostuu matala alias (huom. reunat on kaSnnetty havalnnolllsuuden vuoksl vaakatasoon kuvassa 3a). Maatastolevyn 9 kesklleveys 1 on levyn 8 kokonaisleveyden ja antennielementtien etåi-5 syyden luokkaa a ja maatasolevyn pltuus k on vuorostaan luokkaa 1,5 - 2,0 x a. Allasmaisen maatasolevyn syvyys s on luokkaa 0,1a. ErSåssa edullisessa sovellutuksessa maatasolevyn dimensiot ovat: korkeus k - 150 mm, leveS kanta leveys 11 = 150 mm, kapea kanta leveys 12 = 90 mm 10 ja maatasolevyn syvyys h = 20 mm. Maatasolevy 9 on jo-tain soplvaa johtavaa materiaalia, edullisesti metallia kuten alumiinia.

Kuva 4 esittaå lohkokaavlota keksinndn mukai-sesta satelliittiantennijSrjestelystå. Antenniyksikon 15 1' antennielementtien 1; ll - 112 syottonavat 11; 111 - 1112 on yhdistetty kytkentayksikon 5 kahteen kytkinryh-maHn 13, 14 ja vastaavasti toiset navat 12; 121 - 122 on yhdistetty sovituskuormiin 15; 151 - 1512. Antennielemen-tit 11 - 112 on ryhmitelty siten, etta vierekkaiset 20 elementit l1, l2; l2, l3; l3, l4, ... on yhdistetty eri kytkinryhmiin 13, 14. NSin menetellen antennielementit 11 - 112 on vuorotellen kytketty ensimmåiseen kytkinryh-mSSn 13 ja toiseen kytkinryhm&fin 14. Kumpaankin kytkin-ryhmaan 13, 14 kuuluu tåssS tapauksessa kuusi lahtoa 25 13; 131 - 136 ja 14; 141 - 146. OhjausyksikSn 4 avulla ohjataan kytkinryhmifi 13, 14 siten, etta aina voidaan valita kaksi rinnakkaista elementtia l1, l2; l2, l3; ... toimimaan yhta aikaa aktiivisena antenniyksikkonå.

Kytkinryhmien 13, 14 tulot 16, 17 on yhdistet-30 ty tehonjako- ja vaiheistusyksikkddn 18. Tehonjako- ja vaiheistusyksikkoon 18 kuuluu kaksi vaiheistinta so. ensimmainen vaiheistin 19 ja toinen vaiheistin 20, seka 180° hybrid! 21. Hybridin 21 ensimmainen tulo 21a on tehonjako- ja vaiheistusyksikdn 18 tulo ja se on yhdis-35 tetty ilmaisin- ja mittausyksikkoSn 29 seka vastaan-otin-iahetinyksikkddn (ei esitetty piirustuksessa). Toinen hybridin 21 tuloista on yhdistetty kuorman 22 91460 11 kautta maahan. Hybridin 21 låhddt 21c, 2Id on yhdistet-ty vastaavasti ensimmaisen vaiheistimen 19 tuloon ja toisen vaiheistimen 20 tuloon.

Hybrid! 21 on esitetty kaaviomaisesti kuvassa 5 5. Tulo- ja lahtoportit on merkitty samoin viitenume- roin kuin kuvassa 4. Tuloportti 21a on ero- eli D-port-ti ja tuloportti 21b on summa- eli S-portti. Kun sig-naali syotetåån sisåån D-portista, låhtoporteista 21c, 2Id saadaan IShtosignaalit, jotka ovat 180° vaihesiir-10 rossa keskenåån. Kun taas S-portista syotetSan signaali hybridiin, lahtdporteista saadaan ulos samassa vaihees-sa olevat signaalit.

Vaiheistimet 19, 20 on toteutettu siirtojohto-jen ja kytkent&elimien avulla, kuten kuvasta 6 kSy 15 ilmi. Vaiheistimeen 19, 20 kuuluu seka tulo- ettS låh-toporttiin PI, P2 toisesta pSSstSSn yhdistetyt kaksi rinnakkaista siirtojohtoa 23a, 23b ja 24a, 24b sekfi porttien vålille yhdistetyt siirtojohdot 25a, 25b.

TMm3n lisMksi vaiheistimeen 19, 20 kuuluu kumpaankin 20 porttiin PI, P2 sovitusjohtojen 26a, 26b; 27a, 27b pHihin asetetut kytkentfielimet 28a ja 28b. Kytkent&eli-met 28a, 28b on toteutettu sopivien diodien avulla ja ne voidaan kytkeS johtavaan tilaan tal sulkutilaan.

Molemmat kytkentaelimet 28a, 28b ovat samanaikaisesti 25 samassa tilassa, jolloin vaiheistin 19, 20 on raken-teeltaan symmetrinen. Vaiheistimen 19, 20 siirto-omi-naisuudet portista PI porttiin P2 tai pfiinvastoin ovat nMin olien samat. THllaisen kuormituslinjatyyppisen vaiheistimen 19, 20 h&vidt ovat pienet ja taajuusalue 30 laaja. Lisåksi vaiheistimen sovitusominaisuudet ovat hyvat.

Tehonjako- ja vaiheistusyksikdn 18 erHs edul-linen sovellutus on esitetty layout-kaaviona kuvassa 7.

Hybrid! 21 sekå vaiheistimet 19, 20 on valmistettu 35 samalle substraatille mikroliuskamenetelmålla.

Vaiheistimet 19, 20 on optimoitu tåssH sovel-lutuksessa antamaan 33°:n vaihesiirto. TSma merkitsee 12 η. 14°:η (± 7° suorasta keskisuunnasta) erotuskulmaa aktlivisesta antenniyksikostå saataville såteilykei-loille. Vaihelstlmlen 19, 20 ja erltyisestl nliden kytkentåelimien 31, 32 tiloja muuttamalla voidaan ak-5 tlivlsen antenniyksikQn såteilykeilan suuntaa muuttaa maatasotason 9 normaalin eli kesklsuunnan ja ååriasen-tojen vålillå, kuten seuraavassa esitetåån.

Vaiheistimia 19, 20 kåytetåån hyvaksi såteilykeilan suuntaamiseksi satelliitin seurantaa toteutetta-10 essa. Vaiheistimen 19, 20 kytkimiå 28a, 28b sopivasti ohjaamalla voidaan siirtyå oikeasta såteilykeilasta "right" vasempaan såteilykeilaan "left" tai keskisåtei-lykeilaan "mid", jotka såteilykeilat on havainnollises-ti esitetty kuvassa 8a. Kytkentå oikeasta såteilykei-15 lasta "right" vasempaan såteilykeilaan "left" tai påin-vastoin toteutetaan siten, ettå molempien vaiheistimien 19, 20 kytkentåelimien 28a, 28b tilaa muutetaan. Tål-18in vaiheistimet muuttuvat ominaisuuksiltaan toistensa peilikuviksi. Vastaavasti mikåli vain toisen kytkentå-20 elimen 28a tai 28b tilaa muutetaan såteilykeila siirtyy keskisåteilykeilasta "mid" joko oikeaan "right" tai vasempaan "left" såteilykeilaan. Såteilykeilojen le-veyteen vaikuttaa jonkin verran korotuskulma α ja myos kåytetty vastaanotto- ja låhetyskaista. Edellå esitetty 25 tehonjako- ja vaiheistusyksikko 18 on låhinnå tarkoi-tettu taajuusalueelle 1,5 - 1,7 GHz.

Aktiivinen antenniyksikko muodostetaan kahdes-ta vierekkåisestå antennielementistå l1, l2, l2, l3, .... Aktiiviselle antenniyksikolle voidaan jårjeståå kaksi 30 såteilykeilaa, kuten edellå on selostetu, jotka keilat poikkeavat suunnaltaan toisistaan jopa 15°. Antenniyk-sikon 1 avulla ympyrån kehålle saadaan kaksinkertainen joukko såteilykeiloja antennielementtien l1 - l12 luku-mååråån verrattuna. Nåin kahdellatoista antennielemen-35 tillå voidaan toteuttaa kaksikymmentåneljå såteilykeilaa, jotka jakautuvat olennaisen tasaisesti atsimuutti-tasolla ympyrån kehålle. Tåmå on esitetty havainnolli- 91460 13 sesti kuvassa 8b.

Kuvassa 9 on esltetty lohkokaavion muodossa suuntauslaite 30 liitantå- ja oheisyksikkoineen. Suun-tauslaitteeseen 30 kuuluu tietojenkåsittely-yksikko 31a 5 ja tahan liitetty muistiyksikkb 31b. Tietojenkåsittely-yksikkoon 31a on edelleen yhdistetty sopivalla vaylållå 32 joukko oheisyksikkojå liitåntåyksikkbjen valityksel-lå, kuten korotuskulmailmaisin 33 liitånt&yksikkdnså 34 vålityksellå, ilmaisin- ja mittausyksikon 29 A/D-muun-10 nin 35, vaiheistimien kytkentayksikko 36 ja tukielimien ohjain 37. Kytkentåyksikdn 5 ohjausyksikkd 4 on yhdistetty myos suuntauslaitteen våylåån 32. Suuntauslait-teeseen 30 kuuluu lisåksi liitåntåyksikko 38 tietojen, kuten ohjelmointi- ja mulden tietojen syottåmiseksi 15 suuntauslaitteelle seka liitSntayksikko 39 suuntauslaitteen liittMmiseksi ulkopuolisiin jSrjestelmiin.

Tåmån lisSksi suuntauslaitteeseen 30 kuuluu edullisesti kompassiliitantåyksikko 40, kompassin 41 liitt&miseksi jSrjestelyyn.

20 Korotuskulmailmaisimen liitåntåyksikko 34 on yhdistetty antennielementtien 1 korotuskulman α mittaa-vaan korotuskulmailmaisimeen 33, joka on sovitettu runko-osan 3 ja antennielementtien 1 ;ll - l12 våliin (vrt. kuva 2). Ilmaisin- ja mittausyksikkb 29 sisåltåå 25 vålitaajuusosan ja rf-ilmaisimen sekå mittausosan rf-tason mittaamiseksi. Tåmå mittaussignaali sybtetåån A/D-muuntimen 35 kautta suuntauslaitteeseen. Kytken-tåyksikko 36 on yhdistetty tehonjako- ja vaiheistusyk-sikon 18 vaiheistimien 19 ja 20 kytkent&elimiin 28a, 30 28b. Tukielimet 3 on tåssa tapauksessa varustettu toi- milaitteella 42 (vrt. kuva 2), kuten såhkdmoottorilla tukielimien 3 pidentåmiseksi ja lyhentåmiseksi. Tukielimien ohjain 37 on yhdistetty tukielimien toimi-laitteeseen 42.

35 Suuntauslaitteen 30 avulla toteutetaan satel- liitin etsintå ja seuranta seuraavasti. Satelliittian-tennijårjestelyå kåynnistettåesså tarkistetaan anten- 14 niyksikdn 1 elementtien l1 - l12 korotuskulma α. Mikåli korotuskulma α ei vastaa maa-aseman sljalntia suhteessa leveyspiiriin ja satelliittiin sitå korjataan esim. 10° vålein vålillå 10°-50°. Såteilykeilan muoto ja leveys 5 on sellainen, etta 10° sååtoaskeleet ovat riittåviå hyvin antennivahvistuksen ja signaali/kokonaisuuden soveltamiseksi. Korotuskulman α korjaaminen tapahtuu sååtåmållå tuklelimien toimilaitteen 42 avulla tukieli-men 3 pltuus soplvaksi siten, etta haluttu korotuskulma 10 a saavutetaan. Korotuskulmasta α saadaan tieto korotuskulma i lma i simen 33 kautta suuntauslaitteelle 30.

Korotuskulman α asettamisen jålkeen aloitetaan satelliitin hakuvaihe. Satelliitin radiotaajuussignaa-lin taso eli rf-tasoa mitataan ilmaisin- ja mittausyk-15 sikdllå 29 aktivoimalla antennielementtipari l1, l2; l2, l3; l3, l4; jne. kerrallaan ja kåymållå låpi kaikki antennielementit l1 - l12. Nfiiltå peråkkåin aktivoiduilta antenniyksikoiltå saadut rf-tason mittausarvot tallen-netaan muistiin 31b. TMman mittauksen aikana kåydåån 20 lapi kunkin antennielementtiparin såteilykeilat sekå oikea ettå vasen såteilykeila, jolloin atsimuuttitaso tulee kokonaisuudessaan kåytyå låpi såteilykeiloilla, jotka kåyvåt ilmi kuvasta 8b.

Kun ensimmåinen mittaussarja on suoritettu, 25 antenniyksikdn 1 se antennielementtipari aktivoidaan, jonka yhteydesså on mitattu maksimaalinen rf-tason signaali. Tåmån jalkeen siirrytåån seurantavaiheeseen.

Seurantavaihe perustuu rf-signaalitason seu-rantaan kahdella såteilykeilalla eli vasemmalla ja 30 oikealla såteilykeilalla, kuten aikaisemmin on jako- ja vaiheistusyksikon yhteydesså selostettu. Tållå tavalla menetellen aktiivinen antenniyksikko pyritåån pitåmåån jatkuvasti såhkoisesti suunnattuna satelliittikohtee-seen, jotta maa-aseman liikkeistå huolimatta tietolii-35 kenneyhteys såilyisi.

Suuntauslaitteeseen voidaan lisåtå såhkoinen kompassi 41 tai muu ilmaisin, jolla pystytåån seuraa- 91460 15 maan ajoneuvon kHantymista, ja tMmMn avulla voldaan auttaa tehokkaasti suuntauslaitetta 30 plt&nMMn aktii-vinen antenniyksikkd suunnattuna satelliittiin.

EdellS keksintoå on selostettu låhinna sen 5 yhteen edulllseen sovellutusesimerkklln viittaamalla, mutta monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttSesså ohelsten patenttivaatimusten mMåritteleman keksinnon pultteissa.

Claims (10)

16

1. Satelliittiantennijårjestely erityisesti puheviestintåém tarkoltettua liikkuvaa maa-asemaa var-5 ten, johon kuuluu antenniyksikko (1 *), joka on atsi-muuttitasossa suunnattavissa satellii.tti.in, t u n -n e t t u siita, etta satelliittiantennijarjestelyyn kuuluu antenniyksikko (1'), joka on muodostettu joukos-ta antennielementteja (1; 11 - 112) ja niiden maatasole-10 vyjå (9; 91 - 912) , ohjausyksikkd (4) ja kytkentSyksikko (5), jonka antenniyksikon (1') antennielementit (11 -112) maatasolevyineen (91 - 912) on jarjestetty rinnakkain ympyrån kehMlle ja joista antennielementeistå (11 - 112) samaan aktiiviseen antenniyksikkoon (6) kuuluu yhtåaikai-15 sesti kaksi vierekkaista antennielementtiå (l7, 18) , jotka valitaan ohjausyksikdn (4) ja kytkentåyksikdn (5) avulla vastaanottamaan halutusta suunnasta ja lahettåmåån olennaisesti samaan suuntaan ympyrapolarisoitunutta såh-komagneettista sateilyå.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen satelliitti antenni jSrjestely, tunnettu siita, etta kukin antennielementti (1; 11 - 112) on muodostettu johtavaa materiaalia, edullisesti metallia, olevasta ohuesta levysta (8), ja kuhunkin antennielementtiin (1; 11 - 112) 25 kuuluu tasomainen ympyran kaaren muotoinen osa eli kaariosa (8a), joka on leveydeltaan (b) edullisesti vakio ja joka on sovitettu vakioetaisyydelle (h) maa-tasolevysta (9; 91 - 912), ja kapenevat, edullisesti kol-miomaiset, karkiosat (8b, 8c), jotka sijaitsevat kaa-30 riosan (8a) kummassakin pSasså ja jotka on jarjestetty kulmaan kaariosan (8a) tasoon nahden ja kohti maataso-levya (9), joiden kårkiosien (8b, 8c) påihin on sijoi-tettu navat (11, 12), joista toinen on kytketty syot-to/vastaanottopiiriin ja toinen kuormaan (15).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen satelliitti antenni jSrjestely, tunnettu siita, etta kunkin antennielementin karkiosat (8a, 8b) on muotoiltu tyl- 91460 17 piksi karjiksi, edullisesti tasakarjiksi (8d, 8e), ja joiden tylppien kårkien låheisyyteen on sijoitettu navat (11, 12) kårkien muotoon nåhden epåsyminetrisesti.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen 5 satelliittiantennijårjestely, tunnettu siita, etta kunkin antennielementin (1; l1 - l12) maatasolevy (9; 91 - 912)) on muodostettu allasmaiseksi osaksi, jonka sisaan antennielementti (1; l1 - l12) on asennettu.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen 10 satelliittiantennijarjestely, tunnettu siita, etta kytkentayksikkoon (5) kuuluu kaksi kytkinryhmaa (13, 14), joiden avulla kaksi rinnakkaista antenniele-menttia (l1, l2; l2, l3; l3, 1*; ...) on valittavissa halutusta paikasta ympyrSn kehalla.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sateliitti- antennijarjestely, tunnettu siita, etta anten-nijarjestelyyn kuuluu tehonjako- ja vaiheistusyksikkd (18), jossa on kaksi vaiheistinta (19, 20) ja 180° hyb-ridi (21), joka tehonjako- ja vaiheistusyksikkd (18) on 20 yhdistetty kytkentayksikkdon (5).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sateliittian-tennijarjestely, tunnettu siita, etta kumpaankin vaiheistimeen (19, 20) kuuluu kaksi toisesta paastaan tulo- ja låhtdportteihin (PI, P2) yhdistettya rinnakkais-25 ta siirtojohtoa (23a, 23b; 24a, 24b), tulo- ja lahtfi-porttien (PI, P2) valille sovitetut siirtojohdot (25a, 25b), ja tulo- ja lMhtdportteihin (PI, P2) yhdistettyjen sovi tus johtojen (26, 26b; 27a, 27b) phihin asennetut kyt-kentaelimet (28a, 28b) vaihe-eron toteuttamiseksi.

8. Jonkin edeltavista patenttivaatimuksista mukainen sateliittiantennijarjestely, tunnettu siita, etta antennielementit (1; l1 - l12) on varustettu tukielimilia (3), joiden avulla antennielementit on jarjestetty runko-osaan (2) atsimuuttitasoon (B-B) n3h-35 den sopivaan korotuskulmaan (a), ja jotka tukielimet (3) ovat edullisesti saadettavia elimia korotuskulman (or) shatamiseksi. 18

9. Jonkin edeltavista patenttivaatimuksista mukainen sateliittiantennijarjestely, tunnettu siita, etta antennljSrjestely on varustettu suojakuvul-la (7).

10. Jonkin edeltavista patenttivaatimuksista mukainen satelliittiantennijarjestely, tunnettu siita, etta antennijarjestelyyn kuuluu suuntauslaite (30) satelliitin etsinnan ja seurannan toteuttamiseksi, johon suuntauslaitteeseen on yhdistetty ilmaisin- ja 10 mittausyksikkd (29) rf-signaalitason mittaamiseksi, ja joka suuntauslaite on yhdistetty ohjausyksikkoon (4) ja kytkentayksikkddn (5) niiden kahden yhdessa toimivan antennielementin (esim. 6) valitsemiseksi antenniele-menttien (1; 11 - 112) joukosta, joiden antennielement-15 tien valitykselia saadaan signaalitasoltaan paras tie-toliikenneyhteys satelliittiin. 91460 19