FI91576C - Satelliittiantennijärjestely - Google Patents

Description

91576

SATELLIITTIANTENNIJARJESTELY

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

Uusia satelliittijarjestelmiå on kehitteillå erityisesti liikkuvia maaviestintåjarjestelmiå vårten. Tiedonsiirto- ja paikannusjarjestelmiå, kuten Inmarsat 10 C, PRODAT, Euteltracks and Lockstar, on jo esitelty ja ne ovat asteittain tulossa kåyttoon. Markkinointitutki-mukset osoittavat myos, ettå on tarvetta puheviestinta-jarjestelmille. Kaksi jarjestelmåå EMS (European Mobile System) ja Inmarsat M ovat kehitteillå L-kaistan puhe-15 viestintåån tarkoitettuja liikkuvia maa-asemaviestintå-jårjestelmiå vårten. Jarjestelmat taydentavat erityisesti maalla liikkuville asemille tarjottuja palveluita antamalla kåyttodn joustavia suljettuja verkkoja, jotka kattavat koko Euroopan alueen. Eraana lupaavimpana 20 sovellutuksena voidaan pitåa kuorma-autojen viestintå-verkkoja.

YmpSrisåteilevia antenneja voidaan kayttaa pienillS datansiirtonopeuksilla. Nåiden antenneiden vahvistus on luokkaa 3...5 dBi, mika on yleensa riit-. 25 tavM. Åaniviestinnassa tarvitaan kuitenkin parempaa signaali-kohinasuhdetta, kuin mitå ympårisåteilevåt antennit voivat tarjota. Tåmå vaatimus johtaa siihen, ettå antennin vahvistus tåytyy olla våhintåån luokkaa 10 ... 12 dBi. Enneståån tunnetaan monia antennijarjes-30 telyjå, joissa antennielementti on suunnattavissa. Tållaisia antenneja ovat mm. tietyt rako- ja torvian-: tennit sekå dipoliantennit. Ongelmana nåiden antenniyk- sikdiden kohdalla on sydttopiirisovitusten mutkikkuus ja soveltumattomuus seurantajårjestelmille. Lisåksi 35 nåiden antennielementtien mekaaniset ominaisuudet ovat usein sopimattomia nimenomaan liikkuvaa maa-asemaa ajatellen.

2 91576

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

Keksinnon mukaiselle antennijarjestelylle on tunnusomaista se, mi tå on esitetty patenttivaatimukses-sa 1.

Keksinnon mukaisesti satelliittiantenni jår jes-10 telyyn erityisesti puheviestintåån tarkoitettua maa-asemaa vårten kuuluu antenniyksikko, jossa on kaksi antennielementtiå ja niille yhteinen maatasolevy, jotka kumpikin antennielementti on muodostettu johtavaa mate-riaalia, edullisesti metallia, olevasta ohuesta levys-15 tå, johon kumpaankin antennielementtiin kuuluu tasomai-nen ympyrån kaaren muotoinen osa eli kaariosa, joka on leveydeltåån edullisesti vakio ja joka on sovitettu vakioetåisyydelle maatasolevysta, ja kapenevat, edullisesti kolmiomaiset, kårkiosat, jotka sijaitsevat kaa-20 riosan kummassakin pååsså ja jotka on jarjestetty kul-maan kaariosan tasoon nåhden ja kohti maatasolevyå, joiden kårkiosien pååt on muotoiltu tylpiksi kårjiksi, edullisesti tasakårjiksi, ja joiden tylppien kårkien låheisyyteen on sijoitettu navat epasymmetrisesti, 25 joista navoista toinen on kytketty syotto/vastaanotto-piiriin ja toinen kuormaan, jotka antennielementit on kåånnetty 180° kulmaan toisiinsa nåhden ja jarjestetty etåisyyden pååhån toisistaan ja samalle etåisyydelle maatasolevysta ja jonka antenniyksikon avulla vastaan-30 otetaan ja låhetetåån ympyråpolarisoitunutta såhkdmag-. neettista såteilyå. Maatasolevyn muoto ja mitat sekå antennielementtien etåisyys toisistaan ja maatasolevysta on optimoitu maksimaalisen antennivahvistuksen ja maatasolevyn minimikoon suhteen.

35 Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu- tuksessa maatasolevy on muodostettu allasmaiseksi osaksi, johon antennielementit on asennettu. Tållaisella

II

3 91576 maatasolevyllå on jåykkå mekaaninen rakenne. Lisaksi tållainen maatasolevy vaikuttaa stabiloivasti syotto-pisteen impedanssiin.

Satelliittiantennijårjestelyn erååsså sovellu-5 tuksessa maatasolevyn yhteyteen kummankin antenniele-mentin låheisyyteen on sovitettu johtava liuska, joka on olennaisesti kohtisuorasti maatasolevyå vasten ja joka ulottuu antennielementin kårkiosien ulkoreunojen suunnassa kårkiosien leveydelle. Liuskat parantavat 10 antenniyksikon signaalinsiirto-ominaisuuksia ja stabi-loivat sovitusta syotto/vastaanottopiirista antenniele-mentteihin.

Satelliittiantenni jårjestelyn erååssa sovellu-tuksessa antenniyksikkoon kuuluu tehonjako- ja vaiheis-15 tusyksikko, jossa on kaksi vaiheistinta ja 180°:n hybrid!.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu-tuksessa tehonjako- ja vaiheistusyksikko on asennettu maatasolevyn takapuolelle yhdesså antennielementtien 20 kuormien kanssa.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu-tuksessa kumpikin vaiheistin on kuormituslinjatyyppinen vaiheistin, johon kuuluu kaksi rinnakkaista toisista påiståån tulo- ja låhtdportteihin yhdistettyå siirto-25 johtoa ja niiden sekå tulo- ja låhtoporttien vålille sovitetut siirtojohdot, ja tulo- ja låhtoportteihin yh-distettyjen sovitusjohtojen påihin asennetut kytkineli-met vaihe-eron toteuttamiseksi. Antenniyksikollå voi-daan toteuttaa kolme eri suuntaista såteilykeilaa vai-30 heistimien avulla vaiheistimien kytkimien tiloista riippuen.

: Satelliittiantennijårjestelyn erååsså sovellu- tuksessa siihen kuuluu ensimmåinen runko-osa, johon antenniyksikkd on asennettu, ja tukielimet, joiden 35 avulla antenniyksikko on yhdistetty ensimmåiseen runko-osaan atsimuuttitasoon nåhden sopivaan korotuskulmaan.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu- 4 91576 tuksessa tukielimet ovat såådettåviå elimiå korotuskul-man sååtåmiseksi. Tukielimien avulla antenniyksikon korotuskulma asetetaan atsimuuttitasossa siten, ettå antennin såteilykeila on suunnattu satelliittia kohti.

5 Korotuskulma vaihtelee valillå 10° - 50° ja se on edul-lisesti asetettavissa esim. 10°:n valein.

Satelliittiantennijårjestelyn erååsså sovellu-tuksessa siihen kuuluu toinen runko-osa ja kååntomoot-tori, ja ensimmåinen runko-osa on asennettu toiseen 10 runko-osaan liikutettavasti siten, etta ensimmåinen runko-osa ja antenniyksikko on kååntomoottorilla kåån-nettåvisså atsimuuttitasossa toisen kiinteån runko-osan suhteen. Tålloin kiinteå runko-osa voidaan kiinnittåå sopivaan liikkuvaan alustaan, kuten ajoneuvoon.

15 Satelliittiantenni jår jestelyn eraasså sovellu- tuksessa kååntomoottori on askelmoottori. Askelmootto-rin avulla voidaan vålttåå vaihteiston sovittaminen kååntomoottorin yhteyteen.

Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu-20 tuksessa siihen kuuluu suuntauslaite, johon kuuluu oh-jausyksikko satelliitin etsinnån ja seurannan toteutta-miseksi, ilmaisin- ja mittausyksikkd rf-tason mittaami-seksi, vålineet antenniyksikdn kulma-aseman måårittåmi-seksi atsimuuttitasossa ja kååntdmoottorin ohjain.

; 25 Suuntauslaitteen avulla antennijårjestelyå kåynnistet- tåesså etsitåån satelliitti mittaamalla eri suunnissa radiotaajuisen signaalin voimakkuus ja måårittåmållå nåin suunta, johon antenniyksikko kohdistetaan. Nåin luodaan yhteys maa-aseman ja satelliitin vålille ja 30 maa-aseman liikkuessa pidetåån huoli siitå, ettå antenniyksikko on aina suunnattuna satelliittiin. Sopivien : anturien avulla valvotaan antenniyksikdn suuntauskulmaa atsimuuttitasossa ja kååntomoottoriohjaimella ohjataan vuorostaan kååntomoottoria siten, ettå ensinnåkin sa-35 telliitti loydetåån ja toiseksi siten, ettå antenniyksikko pysyy suunnattuna satelliittiin.

. Satelliittiantenni jår jestelyn erååsså sovellu-

II

5 91576 tuksessa siihen kuuluu joustava liitåntåkaapeli, jolla antenniyksikko on liitetty suuntauslaitteeseen ja lahe-tin-vastaanottimeen, ja rajakytkin antenniyksikon kier-tokulman rajoittamiseksi. Rajakytkimen avulla anten-5 niyksikkoå voidaan kiertaå yhteen suuntaan enintaan 360° ja nåin joustava kaapeli ei joudu kiertymaån yhteen suuntaan kierrosta enempaa eika mekaaninen rasitus kaapelille kåy liian suureksi.

Satelliittiantennijarjestelyn erååsså sovellu-10 tuksessa antennijårjestely on peitetty suojakuvulla.

Nain menetellen suojataan antenniyksikko esim. ajovii-malta ajoneuvokåytosså ja muilta mahdollisilta ympåris-tovaihteluilta.

Keksinnon etuna on, etta antenniyksikko on 15 yksinkertainen suhteellisen pieneen tilaan sopiva yk-sikko, joka on valmistuskustannuksiltaan edullinen ja soveltuu nain massatuotantoon. Antenniyksikko soveltuu erityisesti puheviestintaå vårten tarkoitettuun liikku-vaan maa-asemaan. Se on helposti integroitavissa esim.

20 rekkapaatteeseen.

KeksinnSn etuna on edelleen, etta antenniyksi-kdn avulla antennivahvistus saadaan kohtuullisen suureksi.

Edelleen keksinndn etuna on, etta antenniyksi-25 kon avulla saadaan aikaan sopiva sateilykuvio, jonka ' peittoalue saadaan laajaksi. SatelliittiantennijHrjes tely soveltuu pienille korotuskulmille aina n. 10° asti, jotka ovat erityisen tarkeita pohjoisilla le-veysasteilla antennijSrjestelyn kåyttoå ajatellen.

30 Pienen korotuskulman saavuttamiseen vaikuttaa erityisesti antenniyksikon maatasolevy.

Edelleen keksinndn eduista voidaan todeta seuraavaa. Satelliitin etsintarutiinit toimivat nopeas-ti, kun antennijarjestely kSynnistetaSn. Edelleen an-35 tennijarjestely ottaa huomioon kohtuullisen suuren antenniyksikon kohdistusvirheen, kun otetaan huomioon antenniyksikon kaistaleveys ja vahvistushåvio. Edelleen 6 91576 jårjestelyn etuna on, ettå se toimii pienellå signaali-kohinasuhteella. Edelleen antennijårjestely toimii luotettavasti huolimatta lyhyen ja pitkån ajan signaa-litason muutoksista. Edelleen antennijårjestelyn etuna 5 on, ettå se toipuu nopeasti håiriotilanteista. Lisaksi antennijårjestely aiheuttaa minimaalisen våhån vååris-tymiå viestintåkanaville. Esimerkiksi kytkentå anten-niyksikon eri sateilykeilojen vålillå aiheuttaa rf-signaalin amplitudissa tai vaiheessa korkeintaan i 0,5 10 dB ja vastaavasti ± 10° erot.

Keksinnon etuna on yleisesti todettuna, ettå erittåin vaativassa radiotaajuisen såteilyn etenemisym-påristosså se toimii hyvin ja luotettavasti.

Seuraavassa keksintoa selostetaan yksityiskoh-15 taisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittåå paålta katsottuna erasta keksinnon mu-kaista satelliittiantennijårjestelyå; kuva 2 esittåå poikkileikkausta A - A kuvan 1 mukaises-ta satelliittiantennijårjestelystå; 20 kuva 3a esittåå antenniyksikkoå paålta ja kuva 3b si-vulta katsottuna; kuva 4 esittåå lohkokaaviona pååosia keksinnon mukai-sesta satelliittiantennijårjestelystå; kuva 5 esittåå kaaviomaisesti hybridiå; 25 kuva 6 esittåå kaaviomaisesti vaiheistinta; kuva 7 esittåå layout-kaaviota tehonjako- ja vaiheis-tusyksikdstå; kuva 8 esittåå antenniyksikon såteilykeiloja; ja kuva 9 esittåå suuntauslaitetta lohkokaaviomuodossa.

30 Kuvissa 1 ja 2 on esitetty erås keksinnon mukainen satelliittiantennijårjestely havainnollisena kaaviokuvana. Antennijårjestelyyn kuuluu antenniyksikko 1 ja tehonjako- ja vaiheistusyksikko 2. Edelleen satelliittiantenni jår jestelyyn kuuluu ensimmåinen runko-35 osa 3 ja toinen runko-osa 4. Antenniyksikko 1 on asen-nettu ensimmåisen runko-osan 3 kannatukseen. Antenni-jårjestelyyn kuuluu myos tukielimet 5, joiden avulla

II

7 91576 antenniyksikko 1 on jårjestetty ensimmaiseen runko-osaan 3 atsimuuttitasoon B - B nahden sopivaan korotus-kulmaan a. Tukielimet 5 ovat esim. tukitankoja, jotka ovat pituudeltaan jaksoittain tai jatkuvasti manuaali-5 sesti tai sopivalla toimilaitteella saådettavia elimiå korotuskulman a såatamiseksi.

Satelliittiantennijårjestelysså ensimmainen runko-osa 3 on asennettu liikutettavasti toisen runko-osan 4 yhteyteen. Tåmå on toteutettu siten, etta ensim-10 mainen runko-osa on laakeroitu kaantoakselista 6 toi-seen runko-osaan 4. TMlldin ensimmåistå runko-osaa antenniyksikoineen 1 voidaan kaåntaa akselin C - C suhteen atsimuuttitasossa B - B. KåSntåminen suorite-taan akselin 6 yhteyteen sovitetun askelmoottorin 7 15 avulla.

Satelliittiantennijarjestelyn antenniyksikko 1 suunnataan satelliittiin erityisen suuntauslaitteen 8 avulla. Tahan suuntauslaitteeseen kuuluu ainakin oh-jausyksikkS 33 (vert. kuva 9) satelliitin etsinnan ja 20 seurannan toteuttamiseksi, valineet antenniyksikdn kulma-aseman β måårittåmiseksi atsimuuttitasossa B - B, askelmoottorin ohjain 39 ja valineet vastaanotetun radiotaajuisen såteilyn signaalitason måårittåmiseksi eli ilmaisin- ja mittausyksikko 34. Suuntauslaitetta 8 25 selostetaan myohemmin tarkemmin.

Vålineisiin antenniyksikon kulma-aseman måårittåmiseksi kuuluu tåsså sovellutuksessa paikka-anturi 9, kuten Hall-anturi, joka on yhdistetty ensimmåiseen 3 ja toiseen runko-osaan 4. Runko-osien asema toistensa 30 suhteen kiertotasossa B - B ja antenniyksikon 1 kulma-asema β ennalta mååråttyyn kiinteåån kehåpisteeseen • esim D nåhden voidaan tålloin måårittåå kåyttåen hyvåk- si askelmoottorin 7 akselin kiertoasematietoa ja paik-ka-anturilta 9 saatua askelmoottorin aseman kalibroin-35 titietoa.

Satelliittiantennijårjestelyyn kuuluu edelleen joustava liitåntåkaapeli 11 ja rajakytkin 12. Liitåntå- 8 91576 kaapelin 11 avulla antenniyksikko 1 on liitetty suun-tauslaitteeseen 8 ja låhetin-vastaanottimeen (ei esi-tetty piirustuksessa). Rajakytklmen 12 avulla rajoite-taan antenniyksikon 1 kiertokulmaa β siten, ettei an-5 tenniyksikon 1 ensimmåistå runko-osaa 3 voida kååntåå yhteen suuntaan kytkimestå katsottuna kuin korkeintaan 360° eli yhden kierroksen verran.

Rajakytkin 12 ja paikka-anturi 9 on edullista yhdiståa yhdeksi kytkimeksi, jonka avulla hoidetaan 10 askelmoottorin 7 kulma-asennon β tarkistus sekå rajoi-tetaan askelmoottorin 7 ja ensimmåisen runko-osan 3 kiertyminen 360°:een.

Antennijårjestely on lisaksi peitetty suojaku-vulla 13. Se on edullisesti kiinnitetty toiseen runko-15 osaan 4. Suojakuvun 13 sisållå sijaitsevat talloin runko-osa 3 antenniyksikoineen 1 ympåristoltå suojassa.

Satelliittiantenni jår jestelyn antenniyksikko 1 on esitetty kuvissa 3a ja 3b. Antenniyksikkoon 1 kuuluu kaksi antennielementtiå 14, 15, jotka ovat rakenteel-20 taan samanlaiset. Antennielementit 14, 15 on sovitettu etåisyyden a pååhån toisistaan. Ne on kiinnitetty maa-tasolevyn 16 låheisyyteen tåmån suuntaisesti pienen etåisyyden pååhån siitå. Antennielementit 14, 15 on kåånnetty 180°:n kulmaan toisiinsa nåhden.

25 Antennielementit 14, 15 ovat diskreettetejå kulkuaaltotyyppisiå ilmaeristeantennielementtejå. An-tennielementti 14, 15 on muodostettu johtavaa materiaa-lia, edullisesti metallia kuten kuparia tai messinkiå, olevasta ohuesta levystå 17. Antennielementtiin 14, 15 30 kuuluu tasomainen vakiolevyinen ja olennaisesti ympyrån kaaren muotoinen osa eli kaariosa 17a. Tåmå kaariosa 17a tåyttåå ympyråstå 270°:n sektorin. Kaariosan 17a nimellinen såhkoinen pituus on låhellå kåytettyå aal-lonpituutta. Kaariosa 17a on sovitettu vakioetåisyydel-35 le h maatasolevystå 16.

Kaariosan 17a kummassakin pååsså on kapenevat, edullisesti kolmiomaiset, kårkiosat 17b, 17c. Kårkiosat li 9 91576 17b, 17c on jårjestetty kaariosan 17a tasoon nåhden kulmaan kohti maatasolevyå 16. Ne on edullisesti samaa yhtenåista levymateriaalia kuin kaariosa 17a ja taivu-tettu kaariosasta 17a. Kårkiosien 17b, 17c vålisså on 5 rako 17f. Karkiosien 17b, 17c pååt on muotoiltu tylpik-si kårjiksi, edullisimmin ne on katkaistu tasakårjiksi 17d, 17e, kuten kuvasta 3a voidaan havaita. Tasakarkien 17d, 17e laheisyyteen karkiosien 17b, 17c keskiviivaan D-D, E-E nåhden epåsymmetrisesti, so. tasakarkien si-10 vuun, on sijoitettu navat 18; 18a, 18b ja 19; 19a, 19b. Toinen napa toimii sydttonapana ja toinen kuormitusna-pana. Karkiosien 17b, 17c muotoilulla tylpiksi kårjiksi, erityisesti tasakårjiksi 17d, 17e, ja napojen 18; 18a, 18b ja 19; 19a, 19b epåsymmetrisellå sijoittelulla 15 saadaan aikaan optimaalinen sovitus (likipitåen 50 ohmia) antennielementin 14, 15 ja sydtto/vastaanotto-piirin vålille. Antennielementti 14, 15 on raon 17f keskellå ja suunnassa kulkevaan suoraan F-F nåhden symmetrinen. Riippuen kåytetystå ympyråpolarisaation 20 suunnasta kummatkin navat 18, 19 voivat toimia joko sydtto- tai kuormitusnapana.

Kytkentåtapit vievåt navoista 18, 19 maa- tasolevyn 16 låpi siitå såhkdisesti eristettyinå maa-tasolevyn toiselle puolelle, josta ne on yhdistetty 25 tehonjako- ja vaiheistusyksikkodn 2 ja sovituskuormiin ’ 20a, 20b (vert. kuva 4). Kårkiosien 17b, 17c tylpistå kårjistå, kuten tasakårjistå 17d, 17e, antennielementti 14, 15 on kiinnitetty kytkentåtappien avulla alustana toimivaan maatasolevyyn 16 kuitenkin niin, ettå såh-30 koistå yhteyttå ei ole, so. eristelevy tai- kalvo on jårjetetty liitokseen. Antennielementti 14, 15 on li-såksi tuettu edullisimmin kaariosan 17a keskeltå såhkoisesti eriståvållå tuella 17g maatasolevyyn 16.

Antennielementin 14, 15 såteilytehoa voidaan 35 sååtåå levyn 17 kaariosan 17a leveyttå b ja etåisyyttå h maatasolevystå 16 sååtåmållå. Optimaalinen antenni-vahvistus saavutetaan, kun noin 90 % antenniin sydte- 10 91576 tystå tehosta muuttuu såteilyksi ja 10 % absorboituu sovituskuormaan.

On huomattu, ettå yhden antennielementin 14, 15 optimaalinen vahvistusarvo ja såteilykeilan leveys 5 riippuu maatasolevyn muodosta ja koosta. Såteilykeilan maksimin suunta riippuu jonkin verran kåytetystå taa-juudesta ja se poikkeaa maatasolevyn normaalista n. 5 -15°. Tåmå poikkeamakulma riippuu myos maatasolevyn muodosta. Kahden yhteistoiminnassa olevan antennielementin 10 14, 15 avulla, jotka elementit on kåånnetty 180° toi- siinsa nåhden ja sovitettu etåisyyden a pååhån toisis-taan maatasolevyn 16 låheisyyteen ja joita syotetåån rinnakkain sopivalla vaihe-erolla, pååsåteilykeilan kulmariippuvuus taajuudesta voidaan likipitåen eli-15 minoida. Nåin olien antennielementtien 14, 15 sovitta-minen maatasolevylle 16 etåisyyden a pååhån toisistaan våhentåå erityisesti såteilykeilan kallistumista kåy-tetyn taajuuden suhteen. Maatasolevyn dimensiot ja muoto sekå antennielementtien 14, 15 etåisyys a toisis-20 taan sekå maatasolevystå voidaan optimoida siten, ettå saavutetaan maksimaalinen antennivahvistus mahdollisim-man pienellå maatasolevyn koolla.

On huomattava, ettå kåytettåesså antenniyksi-kosså 1 kahta antennielementtiå 14, 15 maatasolevyn 16 25 ei tarvitse olla vålttåmåttå suora taso, vaan siinå voi olla taite 16e (katkoviiva kuvassa 3a) antennielementtien 14, 15 vålisså. Taite 16e on edullisimmin yhtå etåållå kummastakin antennielementistå 14, 15. Taitteen 16e jakaman maatasolevyn 16 osien ja antennielementtien 30 14, 15 vålillå voi nåin olla jopa esim. 20° kulma il man, ettå mitåån vakavia muutoksia såteilyjakautumassa, kuten ylimååråisiå sivukeiloja, havaitaan. Nåin olien antennielementit 14, 15 maatasolevyineen 16 voidaan taittaa toisiinsa nåhden pieneen kulmaan. Edullisimmin 35 maatasolevy 16 on kuitenkin suora levy.

Maatasolevy 16 on suorakaiteen muotoinen taso, jonka reunat 16a, 16b, 16c ja 16d on kåånnetty yldspåin

II

11 91576 siten, ettå maatasolevystå muodostuu matala allas. Maatasolevyn 16 leveys 1 on antennielementtien 14, 15 etåisyyden luokkaa a ja maatasolevyn pituus k on vuo-rostaan luokkaa 1,7 - 2 x a. Allasmaisen maatasolevyn 5 syvyys s vuorostaan on luokkaa 0,1a. Eraåssa edullises-sa sovellutuksessa maatasolevyn 16 dimensiot ovat 325 x 175 mm2 ja maatasolevyn syvyys 20 mm. Maatasolevy on jotain sopivaa johtavaa ohutta materiaalia, edullisesti metallia kuten alumiinia. Allasmaisen kahden antenniyk-10 sikon maatasolevyn 16 etuna on edellå todettujen seik-kojen lisaksi, ettå se lisaa antennivahvistusta ja stabiloi pååsåteilykeilan muotoa erityisesti eri koro-tuskulmilla.

Maatasolevyn 16 yhteyteen olennaisesti pys-15 tysuuntaan kummankin antennielementin 14, 15 napojen 18; 18a, 18b ja 19; 19a, 19b låheisyyteen on sovitettu ohut johtava, edullisesti metalli- kuten alumiiniliuska 10; 10a, 10b. Tåmå liuska on olennaisesti kapea, le-veydeltåå korkeintaan yhtå suuri kuin kaariosan 17a 20 etaisyys maatasolevystå, ja suora levy, joka ulottuu kolmiomaisten kårkiosien 17b, 17c ulkoreunojen suunnas-sa likipitåen kårkiosien 17b, 17c leveydelle eli kaariosan 17a reunoihin asti, kuten kuvasta 3a voidaan nåhdå. Nåmå liuskat 10; 10a, 10b parantavat rf-signaa-25 lin siirto-ominaisuuksia ja stabiloivat sovitusta syot-topiiristå antennielementteihin.

Kuva 4 esittåå lohkokaaviota keksinndn mukai-sesta satelliittiantennijårjestelystå. Antenniyksikon 1 antennielementtien 14, 15 syottonavat 18; 18a, 18b on 30 yhdistetty tehonjako- ja vaiheistusyksikkoon 2 ja vas-taavasti toiset navat 19; 19a, 19b sovituskuormiin 20; 20a, 20b. Tehonjako- ja vaiheistusyksikkoon 2 kuuluu kaksi vaiheistinta so. ensimmåinen vaiheistin 21 ja toinen vaiheistin 22, sekå 180° hybridi 23. Hybridin 23 35 ensimmåinen tulo 23a on tehonjako- ja vaiheistusyksikon 2 tulo ja se on yhdistetty joustavalla kaapelilla 24 suuntauslaitteeseen 8 sekå vastaanotin-låhetinyksikkoon 12 91576 (ei esitetty piirustuksessa). Toinen hybridin 23 tu-loista on yhdlstetty kuorman 25 kautta maahan. Hybridin 23 lahdot 23c, 23d on yhdistetty vastaavasti ensimmåi-sen vaiheistimen 21 tuloon ja toisen vaiheistimen 22 5 tuloon.

Hybridi 23 on esitetty kaaviomaisesti kuvassa 5. Tulo- ja låhtoportit on merkitty samoin viitenume-roin kuin kuvassa 3. Tuloportti 23a on ero- eli D-port-ti ja tuloportti 23b on summa- eli S-portti. Kun sig-10 naali syotetåån sisåån D-portista, lahtoporteista saa-daan låhtbsignaalit, jotka ovat 180° vaihesiirrossa keskenåån. Kun taas S-portista syotetåån signaali hyb-ridiin, lahtoporteista saadaan ulos samassa vaiheessa olevat signaalit.

15 Vaiheistimet 21, 22 on toteutettu siirtojohto- jen ja kytkentåelimien avulla, kuten kuvasta 6 kåy ilmi. Vaiheistimeen 21, 22 kuuluu sekå tulo- ettå låh-toporttiin PI, P2 toisesta påastaan yhdistetyt kaksi rinnakkaista siirtojohtoa 26a, 26b ja 27a, 27b sekå 20 porttien vålille yhdistetyt siirtojohdot 28a, 28b.

Tamån lisåksi vaiheistimeen 21, 22 kuuluu kumpaankin

porttiin PI, P2 sovitusjohtojen 29a, 29b paihin asete-tut kytkentåelimet 31 ja 32. Kytkentåelimet 31, 32 on toteutettu sopivien diodien avulla ja ne voidaan kytkea 25 johtavaan tilaan tai sulkutilaan. Molemmat kytkentåelimet 31, 32 ovat samanaikaisesti samassa tilassa, jol-loin vaiheistin 21, 22 on rakenteeltaan symmetrinen. Vaiheistimen 21, 22 siirto-ominaisuudet portista PI

porttiin P2 tai painvastoin ovat nåin olien samat.

30 Tållaisen kuormituslinjatyyppisen vaiheistimen 21, 22 håviot ovat pienet ja taajuusalue laaja. Lisåksi vaiheistimen sovitusominaisuudet ovat hyvåt.

Tehonjako- ja vaiheistusyksikon 2 erås edulli-nen sovellutus on esitetty layout-kaaviona kuvassa 7.

35 Hybridi 23 sekå vaiheistimet 21, 22 on valmistettu samalle substraatille mikroliuskamenetelmållå. Anten-niyksikon 1 kuormat 20a, 20b on integroitu myos samalle il 13 91576 substraatille. Tehonjako- ja vaiheistusyksikko 2 on edullisesti sijoitettu antenniyksikon 1 taakse ja yh-distetty siirtojohdoilla antennielementtien 14, 15 tulonapolhin 18a, 18b. Maanapa on yhdistetty maatasole-5 vyyn 16. Tehonjako- ja vaiheistusyksikolla 2 on talloin vain yksi tulo/låhtdportti 23a, johon on asennettu sopiva liitin, kuten SMA-liitin. Suuntauslaite 8 on yhdistetty joustavalla kaapelilla 24 (vrt. kuva 4) tahan tehonjako- ja vaiheistusyksikon 2 liittimeen.

10 Vaiheistimet 21, 22 on optimoitu tåsså sovel- lutuksessa antamaan 23°:n vaihesiirto. Tama merkitsee n. 8°:n (+ 4° suorasta suunnasta) erotuskulmaa anten-niyksikosta 1 saataville såteilykeiloille (vert, kuva 8). Suuremmalla vaihesiirrolla paastaan suurempaan 15 erotuskulmaan. Tama merkitsee sita, etta vaiheistimien 21, 22 ja erityisesti niiden kytkentaelimien 31, 32 tiloja muuttamalla voidaan antenniyksikon 1 sateilykei-lan suuntaa muuttaa keskiasennon ja nåiden ååriasento-jen valillå, kuten seuraavassa esitetåån.

20 Antenniyksikon 1 suuntaamisessa ohjausyksikon 8 avulla kåytetåån hyvåksi vaiheistimia 21, 22 sateily-keilan suuntaamiseksi satelliitin seurantaa toteutetta-essa. Vaiheistimen 21, 22 kytkimiå 31, 32 sopivasti oh-jaamalla voidaan siirtyS oikeasta såteilykeilasta 25 "right" vasempaan sSteilykeilaan "left" tai keskisåtei-lykeilaan "mid", kuten kuvassa 8 on havainnollisesti esitetty. Sateilykeilojen leveyteen vaikuttaa jonkin verran korotuskulma a ja myds kaytetty vastaanotto- ja lahetyskaista. EdellM esitetty tehonjako- ja vaiheis-30 tusyksikko 2 on IShinna tarkoitettu taajuusalueelle 1,5 . -1,7 GHz.

• Kytkenta oikeasta såteilykeilasta "right" vasempaan såteilykeilaan "left" tai påinvastoin to-teutetaan siten, ettå molempien vaiheistimien 21, 22 35 kytkentaelimien 31, 32 tilaa muutetaan. Talldin vai heistimet muuttuvat ominaisuuksiltaan toistensa peili-kuviksi. Vastaavasti mikåli vain toisen kytkentaelimen 14 91576 31 tai 32 tilaa muutetaan såtellykeila siirtyy kes-kisateilykeilasta "mid" joko oikeaan "right" tai vasem-paan "left" såteilykeilaan.

Kuvassa 9 on esitetty lohkokaavion muodossa 5 suuntauslaite 8 ja siihen liitetyt antennijårjestelyn yksikot ja laitteet. Suuntauslaitteeseen kuuluu oh-jausyksikko 33 sekå ilmaisin- ja mittausyksikko 34. Ohjausyksikko 33 on edullisesti muodostettu tietojenkå-sittely-yksikostå 33a ja tåhån liitetysta muistiyksi-10 kostå 33b. Ohjausyksikkoon 33 on edelleen yhdistetty sopivalla våylållå 44 joukko liitåntåyksikkdjå, kuten kulmailmaisimen liitåntåyksikko 35, korotuskulmail-maisimen liitåntåyksikko 36, A/D-muunnin 37 mitatun rf-tason siirtåmiseksi ilmaisin- ja mittausyksikdltå 34 15 ohjausyksikkodn 33, vaiheistimien kytkentåyksikko 38, askelmoottorin ohjain 39 ja tukielimien ohjain 40. Suuntausyksikkoon 8 kuuluu lisåksi liitåntåyksikot tietojen, kuten ohjausyksikon 33 ohjelmien ja muiden tietojen, syottåmiseksi suuntauslaitteelle 8 sekå lii-20 tåntåyksikko 43 suuntauslaitteen 8 liittåmiseksi ulko-puolisiin jårjestelmiin. Tåmån lisåksi suuntauslaitteeseen voi kuulua kompassiliitåntåyksikko 41 såhkoisen kompassiyksikdn 47 liittåmiseksi suuntauslaitteeseen.

Kulmailmaisimen liitåntåyksikko 35 on yhdis-25 tetty rajakytkimeen 12 tai vaihtoehtoisesti kulma-antu-riin 9 antenniyksikdn 1 kulma-aseman måårittåmiseksi atsimuuttitasossa. Korotuskulmailmaisimen liitåntåyksikko 36 on yhdistetty vuorostaan korotuskulmailmaisi-meen 45, joka on sovitettu ensimmåisen runko-osan 3 ja 30 antenniyksikon 1 våliin (vrt. kuva 2). Ilmaisin- ja mittausyksikko 34 sisåltåå vålitaajuusosan ja rf-il-maisimen sekå mittausosan rf-tason mittaamiseksi. Tåmå syotetåån A/D-muuntimen 37 kautta suuntauslaitteeseen. Kytkentåyksikko 38 on yhdistetty tehonjako- ja vaiheis-35 tusyksikon 2 vaiheistimien 21 ja 22 kytkentåelimiin 31, 32, kuten diodeihin. Askelmoottorin ohjain 39 on yhdistetty askelmoottoriin 7. Tukielimet 5 on tåsså tapauk- li 15 91576 sessa varustettu toimilaitteella 46 (vrt. kuva 2), kuten såhkomoottorilla tukielimien 5 pidentamiseksi ja lyhentåmiseksi. Tukielimien toimilaite 46 on yhdistetty tukielimien ohjaimeen 40.

5 Suuntauslaitteen 8 avulla toteutetaan satel- liitin etsinta ja seuranta seuraavasti. Satelliittian-tennijårjestelyå kaynnistettaessa tarkistetaan anten-niyksikdn 1 korotuskulma a. Mikali korotuskulma a ei vastaa maa-aseman sijaintia suhteessa leveyspiiriin ja 10 satelliittiin sita korjataan esim. 10° valein vålillå 10°-50°. Sateilykeilan muoto ja leveys ovat sellaisia, etta 10° saatoaskeleet ovat riittavia hyvMn antennivah-vistuksen ja signaali/kohinasuhteen saavuttamiseksi. Korotuskulman a korjaaminen tapahtuu sååtamålla tuki-15 elimien toimilaitteen 46 avulla tukielimen 5 pituus sopivaksi siten, etta haluttu korotuskulma a saavute-taan. Korotuskulmasta a saadaan tieto korotuskulmail-maisimen 45 kautta suuntausyksikolle 8.

Mikali satelliittiantennijarjestelya kaytetaån 20 maantieteellisesti suhteellisen pienella alueella, korotuskulma a saadetaan esim. manuaalisesti sopivaksi ja pidetaan pysyvasti tassa arvossa.

Korotuskulman a asettamisen jalkeen antenniyk-sikkoa 1 kaannetaan ensimmaisen runko-osan 3 varassa 25 akselin C - C ympari askelmoottorilla 7 ennalta maaråt-tyyn suuntaan, kuten vastapaivaan, kunnes rajakatkaisi-ja 12 saavutetaan. Tarkistetaan atsimuuttikulma β. Taman jalkeen aloitetaan ensimmainen eli karkeahakuoh-jelma. Satelliitin radiotaajuussignaalin taso eli rf-30 tasoa mitataan ilmaisin- ja mittausyksikolla 34 sopivin . kulmavalein kuten esim. 18° valein, jolloin 360° ympy- rasektorilla on kaiken kaikkiaan 20 mittauskohtaa. Naistå mittauskohdista saadut rf-tason mittausarvot tallennetaan muistiin 33b. Taman mittauksen aikana 35 voidaan kSyttaå joko oikeaa tai vasenta såteilykeilaa (vrt. kuva 8).

Kun ensimmainen mittaussarja on suoritettu, 16 91576 antenniyksikko 1 kåånnetåån sen kulmavålialueen reu-naan, jossa on mitattu maksimaalinen rf-tason signaali. Tåmån jålkeen aloitetaan toinen eli tarkkuushakualioh-jelma. Tåmån hakuikkunan kulmasektori on esim. ± 27° ja 5 mittaukset suoritetaan tiheåmmållå kulmaerotuksella kuin karkeamittauksessa; esim. 9° tai pienemmin kulma-valein. Mittaukset suoritetaan em. alueella, jonka jalkeen antenniyksikkd 1 kåånnetåån siihen kohtaan, jossa maksimaalinen rf-signaalitaso on havaittu. Taman jal-10 keen siirrytaån seurantavaiheeseen.

Seurantavaihe perustuu vastaanotetun satel-liittisignaalin tasoeron mittaamiseen kahdesta sateily-keilasta eli vasemmasta ja oikeasta såteilykeilasta, kuten aikaisemmin on tehonjako- ja vaiheistusyksikdn 15 yhteydessa selostettu. Tasoero mitataan esim. siten, etta ensimmåinen rf signaalitaso mitataan ensimmaisesta kuten vasemmasta såteilykeilasta ("left") ja sitten toinen rf-signaalitaso oikeasta såteilykeilasta ("right") muuttamalla vaiheistimien 21, 22 kytkentåelement-20 tien 31, 32 tilaa, kuten aikaisemmin on selostettu.

Tasoeroa vastaava antenniyksikbn 1 suuntakorjaus on edullisesti taulukoitu seurantaa toteuttavan ohjausyk-sikdn 33 tietojenkåsittely-yksikon 33a muistiin 33b. Mitatun tasoeron perusteella muistista 33b saadaan . 25 tålloin suoraan suuntakorjaus, joka syotetåån askel- moottorin 7 ohjausyksikkoon 39. Suuntakorjauksen perusteella askelmoottoria 7 kåånnetåån sopiva askelmåårå tiettyyn suuntaan, jonka jålkeen antenniyksikko 1 on suunnattu riittåvållå tarkkuudella satelliittiin. Tållå 30 tavalla menetellen antenniyksikko 1 pyritåån pitåmåån jatkuvasti suunnattuna satelliittikohteeseen, jotta • maa-aseman liikkeistå huolimatta tietoliikenneyhteys såilyisi.

Såteilykeilat "right" ja "left" ovat niin 35 låhellå toisiaan, ettå niistå molemmista vastaanotetaan koko a jan riittåvån voimakas satelliittisignaali. Tehonjako- ja vaiheistusyksikon 2 symmetriset vaiheisti-

II

17 91576 met 21, 22 eivat aiheuta vastaanotettuun signaaliin vaihehyppyja, kun vasemmasta sateilykeilasta siirrytåån oikeaan ja påinvastoin. Vaihehyppy on korkelntaan 2 astetta. On huomattava, etta sateilykeilan poikkeutus, 5 so. keilan vaihto toiseen, ja satelliittisignaalin tasonmittaus tapahtuvat sahkoisesti, kun taas anten-niyksikon 1 suuntakorjaukset tehdaan mekaanisesti an-tennlyksikkoa kaantamallå.

Suuntauslaitteeseen 8 voidaan yhdiståå digi-10 taalinen kompassiyksikko 47 tai muu ilmaisin, jolla pystytåan seuraamaan ajoneuvon kSantymista, ja tåmån avulla voidaan auttaa tehokkaasti suuntauslaitetta pitSmaan antenniyksikko suunnattuna satelliittiin.

Edelia keksintoa on selostettu lahinnM sen 15 yhteen edulliseen sovellutusesimerkkiin viittaamalla, mutta monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttaesså oheisten patenttivaatimusten maaritteleman keksinnon puitteissa.

20

Claims (10)

18 91576

1. Satelliittiantennijårjestely erityisesti puheviestintåan tarkoitettua maa-asemaa vårten, 5 tunnettu siitå, ettå satelliittiantennijarjes-telyyn kuuluu antenniyksikko (1), jossa on kaksi an-tennielementtiå (14, 15) ja niille yhteinen maatasolevy (16), jotka kumpikin antennielementti (14, 15) on muo-dostettu johtavaa materiaalia, edullisesti metallia, 10 olevasta ohuesta levysta (17), johon kumpaankin anten-nielementtiin (14, 15) kuuluu tasomainen ympyran kaaren muotoinen osa eli kaariosa (17a), joka on leveydeltåån (b) edullisesti vakio ja joka on sovitettu vakioetai-syydelle (h) maatasolevysta (16), ja kapenevat, edulli-15 sesti kolmiomaiset, kårkiosat (17b, 17c), jotka sijait-sevat kaariosan (17a) kummassakin påassa ja jotka on jårjestetty kulmaan kaariosan (17a) tasoon nåhden ja kohti maatasolevya (16), joiden karkiosien (17b, 17c) paåt on muotoiltu tylpiksi kårjiksi, edullisesti tasa-20 kårjiksi (17d, 17e), ja joiden tylppien kårkien låhei-syyteen on sijoitettu navat (18; 18a, 18b, 19; 19a, 19b) epåsymmetrisesti, joista navoista toinen on kyt-ketty syotto/vastaanottopiiriin ja toinen kuormaan (20, 20a, 20b), jotka antennielementit (14, 15) on kåånnetty 25 180° kulmaan toisiinsa nåhden ja jårjestetty etåisyyden (a) pååhån toisistaan ja samalle etåisyydelle maataso-levystå (16) ja jonka antenniyksikon (1) avulla vas-taanotetaan ja låhetetåån ympyråpolarisoitunutta såhko-magneettista såteilyå.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen satelliit tiantenni jår jestely, tunnettu siitå, ettå maa-·’· tasolevy (16) on muodostettu allasmaiseksi osaksi, johon antennielementit (14, 15) on asennettu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sa-35 telliittiantennijårjestely, tunnettu siitå, ettå maatasolevyn (16) yhteyteen kummankin antenniele-mentin (14, 15) låheisyyteen on sovitettu johtava lius- 19 91576 ka (10; 10a, 10b), joka on olennaisesti kohtisuorasti maatasolevyå vasten ja joka ulottuu antennielementin kårkiosien (17b, 17c) ulkoreunojen suunnassa karkiosien leveydelle.

4. Patenttivaatlmuksen 1, 2 tai 3 mukainen satelliittiantennijårjestely, tunnettu siitå, ettå antenniyksikkoon (1) kuuluu tehonjako- ja vaiheis-tusyksikko (2), jossa on kaksi vaiheistinta (21, 22) ja 180° hybridi (23).

5. Patenttivaatlmuksen 4 mukainen satelliit tiantenni jar jestely, tunnettu siitå, ettå tehonjako- ja vaiheistusyksikko (2) on asennettu maa-tasolevyn (16) takapuolelle yhdesså antennielementtien (14, 15) kuormien (20; 20a, 20b) kanssa.

6. Patenttivaatlmuksen 4 tai 5 mukainen satel liittiantenni jar jestely, tunnettu siitå, ettå kumpaankin vaiheistimeen (21, 22) kuuluu kaksi rinnak-kaista toisista påiståån tulo- ja låhtoportteihin (PI, P2) yhdistettyå siirtojohtoa (26a, 26b; 27a, 27b), 20 tulo- ja låhtoporttien (PI, P2) vålille sovitetut siir-tojohdot (28a, 28b), ja tulo- ja låhtoportteihin (PI, P2) yhdistettyjen sovitusjohtojen (29, 29b; 30a, 30b) påihin asennetut kytkentåelimet (31, 32) vaihe-eron toteuttamiseksi.

7. Jonkin edeltåvistå patenttivaatimuksista mukainen satelliittiantennijårjestely, tunnettu siitå, ettå satelliittiantennijårjestelyyn kuuluu ensimmåinen runko-osa (3), johon antenniyksikko (1) on asennettu, 30 ja tukielimet (5), joiden avulla antenniyksikko (1) on jårjestetty ensimmåiseen runko-osaan (3) atsimuutti-tasoon (B-B) nåhden sopivaan korotuskulmaan (a); - satelliittiantennijårjestelyyn kuuluu toinen runko-osa (4) ja kååntdmoottori, edullisesti askelmoottori 35 (7), ja ensimmåinen runko-osa (13) on asennettu toiseen runko-osaan (4) liikutettavasti siten, ettå ensimmåinen runko-osa (3) ja antenniyksikko (1) on kååntomoottoril- 20 91576 la kåannettavissa atsimuuttitasossa toisen kiinteån runko-osan (4) suhteen; ja - antennijarjestely on peitetty edullisimmin suojaku-vulla (13).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen satelliit- tiantennijårjestely, tunnettu siita, etta tu-kielimet (5) ovat saådettMvia elimia korotuskulman (a) såatåmiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen satel-10 liittiantennijarjestely, tunnettu siita, ettS antennijarjestelyyn kuuluu joustava liitåntakaapeli (11) , jolla antenniyksikkb (1) on liitetty suuntaus-laitteeseen ja lahetin-vastaanottimeen, ja rajakytkin (12) antenniyksikon kiertokulman (15) rajoittamiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 7, 8 tai 9 mukainen satelliittiantennijarjestely, tunnettu siita, etta satelliittiantennijarjestelyyn kuuluu suuntauslai-te (8), johon kuuluu ohjausyksikko (33), ilmaisin ja mittausyksikko (34) radiotaajuisen signaalin tason mit-20 taamiseksi, valineet (9) antenniyksikon (1) kulma-ase-man maarittåmiseksi atsimuuttitasossa ja kåantomootto-rin ohjain (39). I! 91576 21