SE419906B - Modkopplare i ett automatiskt vinkelfoljesystem - Google Patents

Description

*ràeiess-s 5 f" 10 AF*- 15 izo* få, 2s- fa a 30 grundmoden och en skillnadssignal frân den högre moden TMÛ1. Felsig- nalerna, exempelvis i höjd- och sidvinkelled bestäms i följesystemets 'mottagare med hjälp av skillnads- och summasignalerna, varvid skill- nadssignalens amplitud och fasläge relativt summasignalens bestämmer storleken på mâlets vinkelavvikelse frân antennaxeln respektive av- vikelseriktningen. För att uppnå god noggrannhet i detta system fordras mycket god faslikhet mellan signalvâgarna för summa- och skillnadssignalerna, i synnerhet vid icke-nollpunktsföljning. Som också visas i nämnda artikel är systemet känsligt för ändringar i pejlsignalens polarisation. I ett annat känt system arbetande enligt samma princip och beskrivet i USA-patentet 3.821.741, utnyttjas en ' första och en andra högre mod TM01 resp TE21 samt grundmoden TE11 .för att bilda felsignalerna. Detta kända system innehåller en mod- kopplare, vilken utgörs av tre vâgledaravsnitt, vilka tillsammans utgör den cirkulära vågledaren ansluten till systemets matarhorn.

Två av nämnda vâgledaravsnitt är vart och ett försett med ett par rektangulära vâgledare, vilka med viss apertur är anslutna till huvudvâgledaren för att avleda de önskade högre moderna i och för att bilda skillnadssignaler. Tillsammans med summasignalen som ut- 'vinns pâ annat ställe i systemet bildas därefter de nämnda felsig- nalerna. Utnyttjandet av tvâ högre moder TMU1 och TE21 ger möjlig- het för systemet att arbeta med icke fullt cirkulärpolariserade signaler samt att leverera sinsemellan isolerade skillnadssignaler för tvâ vinkelråta plan vilket leder till lägre faslikhetskrav mellan signalvägarna jämfört med i föregående system. Dock medför de.olika utkopplingspunkterna från den cirkulära vâgledaren av de tvâ högre moderna och grundmoderna svårigheter att upprätthålla faslikhet mel- lan skillnads- och summasignaler vid varierande temperatur eller frekvens. Fasskillnader mellan dessa signaler Leder till varierande känslighet i mottagningen och speciellt vid icke-nollpunktsföljnin till ett direkt pekfel.

J, REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN 1 system av ovannämnt slag skall felsignaler i tvâ plan, exempelvis höjd- och sidvinkelplanen, bildas, vilka är beroende endast av 10 15 20 25 30 - -,-.~ -....-f~--t..~ ---« ---« - 7901055-9 mâlets avvikelsevinklar i dessa plan men ej av variationer i pejl- signalens styrka (fâdning) och polarisation (depolarisation) inom vissa gränser. Dylika variationer uppkommer exempelvis genom atmos- färens inverkan pâ vâgutbredningen. Vidare skatl systemet i möjli- gaste mân vara okänsligt för de ändringar i ingående komponenters egenskaper som ofrânkomligen uppstår exempelvis med tiden eller vid varierande temperatur. Av betydelse härvid är dets att utnyttja lämpliga vâgledarmoder, dets att koppla ut dessa på lämpligt vis för att bilda summa- och skillnadssignaler samt dels att låta signalerna ledas samma eller i möjligaste mân lika vägar från antennen till mot- tagaren. I annat fall erhålls varierande känslighet vid mottagning och eventuellt pekfel. Speciellt vid icke-nollpunktsföljning erhålls även pekfel som följd av känslighetsvariationen.

Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas tvâ övermoder TM01 och TE21 samt grundmoderna TE11V och TE11H i slåtvâgledare eller E02 och HE21 samt HE11v och HE11H i korrugerad vâgledare och urkopplas samt- liga utnyttjade moder i samma snitt av den cirkulåra huvudvâgledaren, varefter ur dessa moder bildas tvâ summa- och tvâ skillnadssignaler som ledes genom en gemensam mottagarkanal, varigenom svårigheterna att hålla signalerna faslika undvikas. I mottagaren framställs fel- signalerna i de tvâ planen genom utnyttjande av de till vardera pla- net hörande summa- och skillnadssignaterna. Ändamålet med förelig- gande uppfinning är således att åstadkomma en modkopplare, vilken avleder tvâ högre moder och tvâ grundmoder i syfte att bilda tvâ skillnadssignaler (ex.vis benämnda Ax och Ay) och två summasignaler (ex.vis Ex och Ey), varvid de utvunna moderna och summa-skillnads- signalerna färdas lika lång våg genom följesystemet och dessutom parvis (ZX, Ax och Zy, Ay) uppvisar samma påverkan från depolarisa- tion av pejlsignaten. Uppfinningen är därvid kånnetecknad så som det framgår av kännetecknande delen hos patentkravet 1. _).

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar där - 7se1oss-9 _ in i_ 10 15 20 25 Figur 1 visar ett frekvensdiagram som anger läget av sändkanal, mot- tagarkanal och pejlfrekvens i det följesystem i vilket modkopplaren enligt uppfinningen ingår.

Figur 2 visar en förenklad fältbild av de båda utnyttjade högre moderna jämte grundmoden i huvudvågledaren ingående i följesystemet.

Figur 3a-3f åskådliggör schematiskt hur felsignalerna i följesystemet bildas ur de båda högre moderna visade i figur 2.

Figur 4 visar en perspektivbild av modkopplaren enligt uppfinningen.

Figur 5 visar en sidovy av den del av modkopplaren enligt figur 4, som filtrerar bort de båda högre moderna.

Figur 6 visar närmare en rektangulär vâgledararm som ingår i modkopp- laren enligt figur 4.

Figur 7 visar ett kopplingsschema vilket åskådliggör bildandet av referenssignal och felsignaler.

FöREDRAGEN UTFÜRINGSFORM Innan modkopplaren enligt föreliggande uppfinning beskrives skall närmare belysas den enligt ovan beskrivna kända principen för bil- dande av felsignalerna vid följning medelst två högre vågledarmoder.

"Följesystemet, i vilken den föreslagna modkopplaren ingår, utgör delg av kommunikationsutrustningen hos en satellit, vilken tar emot, be- arbetar och vidareutsänder de från markstationen mottagna signalerna till ett antal andra markstationer. Transmissionen sker medelst RF- signaler och för detta ändamål utväljes två frekvensband, vilka är schematiskt visade i figur 1. Bandet f1-fa (exempelvis 400 MHz) med mittfrekvensen fT bildar sändarkanalen för en viss markstation och bandet f3-f4 med mittfrekvensen fR bildar mottagarkanalen för sta- tionen. överföringen av sändar- och mottagarkanalerna sker inom GHz-bandet och medelst en reflektorantenn, med en hornantenn som 10 15 20 25 vøoiess-se matare. För överföring av riktningsinformation finnes en pejlfrekvens fb, exempelvis 12,498 GHz. De båda banden f1-fa och f3-f4 kan an- tingen som visats i figur 1 ligga under pejlfrekvensen fb eller över denna frekvens. I vissa fall utnyttjas blott ett band (antenn för endast sändning från eller mottagning till satellit).

I figur 2 är närmare visat de båda högre moderna, vilka uppträder i följesystemets huvudvâgledare, som är ansluten till antennen och vilka utnyttjas för att indikera eventuell avvikelse mellan rikt- ningarna hos antennens referenssignal och mâlriktningen.

Vidare är visat de bâda grundmoderna TE11V och TE11H (slät vägle- dare; HE11V och HE11H för korrugerad vâgledare). Dessa utnyttjas för överförande av kommunikationssignalerna och för normering av skillnadssignalerna. Principen vid följningen är att de båda moderna TE21 och TM01 i slät vâgledare (eller motsvarande moder HE21 och E02 i korrugerad vâgledare) enligt figur 2, vilka har samma amplitud och fas i y-riktningen samt motsatt fas men samma amplitud i x-riktningen, adderas för att bilda felsignalerna Ax och Ay. Principen år schema- tiskt visad i figurerna 3a-3f. Figurerna Sa-3c visar addition av de båda moderna, varvid en signal som representerar felet i y-led (höjd- felet) erhålles, medan figurerna 3d-3f visar subtraktion av de båda moderna, varvid en signal som representerar felet i x-led (sidofelet) erhålles.

Modkopplarens uppbyggnad i följesystemet framgår av figur 4. pen ut- görs av en cirkulär vâgledare 1, vilken år ansluten till det icke visade matarhornet i följesystemet samt till en här icke visad pola- riseringsenhet. Huvudvâgledaren 1 kan antingen utgöra en integrerad del av matarhornet eller ocksâ utgöra en separat del ansluten till detta. Vâgledarväggarna kan antingen utföras med släta eller kor- rugerade ytor. Till den cirkulära huvudvâgledaren 1 är anordnade fyra rektangulära vâgledararmar 2a-2d, vilka var och en är kopplade till vâgledaren 1 medelst aperturerna 3a-3d. Aperturerna 3a-3d är anordnade inbördes förskjutna 900 runt vâgledarens 1 yttre omkrets.

I figur 4 är vâgledarens 1 främre del 11 visad i uppskuret skick för 17961055-9 10 15 20 25 30 att aperturernas lägen klart skall framgå.

Kännetecknande för den föreslagna modkopplaren är att de rektangulära vägledararmarna 2a-2d är anslutna till huvudvâgledaren 1 i samma tvärsnitt. Främre delen 11 utgör matarhornet eller är ansluten till detta pâ känt sätt, varvid i denna del det cirkulärt polariserade vâgledarfältet i TE11-moden förmedlar de båda kommunikationskanalerna f1-fz, fs-f4 samt pejlfrekvenssignalen fb enligt figur 1. I enlighet med kända principer utnyttjas de bâda i huvudvâgledaren uppkommande högre moderna TE21 och TM01 vid en viss vinkelavvikelse hos de in- kommande signalerna till följesystemet för att bilda felsignalerna Ax och Ay. Utkoppling av dessa högre moder utförs genom att ur fältet i huvudvâgledaren 1 medelst kopplingsöppningar i form av aperturerna 3a-3d excitera TE10~moden i vâgledararmarna 2a-2d. Aperturerna 3a-Sd är lämpligen av rektangulär form och dess dimension väljes så att tillräcklig utkoppling av TE10-moden erhålles frân vâgledaren 1 till de rektangulära vâgledararmarna 2a-2d. Inre tvärsnittsdimensionen hos dessa skall emellertid pâ känt sätt dimensioneras så att TE1D-moden utbredes i'vâgledarna 2a-2d vid frekvensen fb. Amplituden och fasen hos den i de rektangulära vâgledarna 2a-2d uppträdande TE1o-moden är därvid bestämd av amplitud och fasläge hos de i huvudvâgledaren 1 uppträdande högre moderna TE21, TM01 samt grundmoden TE11, varvid samtliga dessa moder ger ett visst bidrag till fältet i de rektangu- lära vâgledarna 2a-2d.

Figur 5 visar närmare den cirkulära vâgledaren 1 hos modkopplaren där för överskâdlighetens skull de rektangulära vägledararmarna 2a-2d utelämnats. hen bakre delen 12 av vâgledaren 1 uppvisar en av- smalnande del 13, innehållande tvâ snitt I och II. Snittet I är be- läget på ett avstånd d1 från det av vâgledarna 2a-2d definierade snittet, varvid d1 för ett visst värde på den cirkulära vâgledarens radie R är vald sä att en stående väg för TE21-moden bildas i väg- ledardelen begränsad av avståndet d1 och så att modens maximivärde infaller vid aperturerna Sa-3d eller nära dessa. Snittet II är be- läget pä avståndet da frän nämnda snitt, varvid dz är vald sä att en stående våg för TMU1-moden bildas i vâgledardelen begränsad av 7901055-9 avståndet da och vilken antar maximivärde vid aperturerna 3a-3d eller nåra dessa. Avstânden d1 och dz utgör därvid ett jämnt (men ej nödvändigtvis samma) antal kvartsvâglängder hos moderna TE21 resp.

TM01. Den avsmalnande delen 13 hos den cirkulära vâgledaren utgör 5 ett modfilter för bortfiltrering av de icke önskade moderna TE21 och TM01, vilka vid de i snitten I och II bildade kortslutningsplanen reflekteras tillbaks mot aperturerna 3a-3d och enligt ovan där antar maximivärde. Modfiltret 13 påverkar emellertid ej TE11-moden vilken förmedlar kommunikationssignalerna inom frekvensbanden i1-fa, f3-f4, 10 vilken således uppträder på utgången av modkopplaren. Den avsmalnande delen 13 har icke-linjär kontur, vilken kan bestämmas medelst expe- fi* ewa rimentella mätningar.

Som tidigare nämnts sker urkoppling från vâgledarfältet i den cir- kulära huvudvâgledaren 1 medelst de fyra aperturerna 3a-3d och TE1Û- 15 moden exciteras i de fyra vâgledararmarna 2a-2d. I figur 6 år en så- dan vâgledararm närmare visad. Den består av en bredare del ansluten till huvudvâgledaren och har de tvärsnittsdimensioner som angivits med a resp b i figur 6. Dimensionen b1 är vald så att samtliga frek- venser hos fältet i vâgledaren 2a frân f1 upp till fb kan fortplantas 20 i vâgledaren som TE10-mod.

W* Vâgledaren 2a har en avsmalnande del vilken i huvudsak är begränsad av snitten III och IV. Vid snittet III pâ avståndet d3 frân aperturen 3a är vâgledarens dimension bz sådan att mittfrekvensen fT hos bandet ,h f1~ 2 reflekteras, dvs ba är sådan att snittet III bildar kortslut- 25 ningsplan för TE10-moden vid frekvensen iT. Enligt samma princip skall avståndet d4 för snittet IV väljas så att dimensionen b3 är sådan att mittfrekvensen fR hos bandet fs-f¿ reflekteras. Vâgledar- snitten III och IV definierar således ett frekvensfilter för bort- filtrering av kommunikationssignalerna, varvid avstânden d3 och d4 30 utgör ett antal (ej nödvändigtvis samma) halva våglängder för TE10- moden vid mittfrekvenserna fï och fR, dvs snitten III och IV utgör de till aperturerna 3a-3d transformerade kortslutningsplanen för frekvenserna fR resp fT. Från vâgledaren Za och övriga vâgledare 2b-2d erhålles således i huvudsak endast de signaler som svarar mot rsa1oss-9 10 15 20 25 den TE11-mod som har frekvensen fb och vidare de signaler som svarar mot de båda moderna TE21 och TMÜ1 vid frekvensen fb i huvudvågleda- ren 1. i I figur 7 är schematiskt visat hur ett vâgledarnät bestående av s k magiska T är anslutet till de fyra rektangulära vågledararmarna 2a-2d för utvinning av felsignalernaAx,Ay samt referenssignalerna Ex och Ey. Varje knutpunkt m1-m4 representerar ett magiskt T med två in- gångar 1 och 2 samt en summa- och en.skillnadsutgång s resp A. Ur figur 7 framgår de signaler som uppträder på utgångarna av de fyra vâgledararmarna 2a-2d och som är härledda ur de i huvudvågledaren 1 uppträdande fyra moderna TE21, TMO1 samt TE11H och TE11V, jfr figur 2. Av dessa utvinnes felsignalerna Ax och Ay ur moderna TE21 och TM01, medan referenssignalerna Xx och Zy utvinnes ur TE11H- resp TE11v-moden. Figur 7 visar att signalerna Ax och Ay separareras i tre olika steg. I det första steget separeras de signaler som är härledda ur TE21- och TM01-moderna i knutpunkterna m1 och m2. I det andra steget sker en separation av de båda moderna TE21 och TM01 i knutpunkten m3 och i det tredje steget bildas de önskade felsignaler- na.Ax och Ay genom vektoriell addition i knutpunkten m4 pâ det sätt som visats i figur 3. Mellan m3 och m4 kan fas- och amplitudjuste- ringar införas (trimning och temperaturkompensering). I vissa fall krävs ej detta, varvid m3 och m4 kan utelämnas. Härvid kan i stället riktiga fas- och amplitudförhâllanden erhållas genom noggranna val av avstånden d1 och da i figur S, av fasgângsskillnaden mellan TE21 och TM01-moderna, då de utbreder sig från mynningen av hornet samt av f dimensionernapå aperturerna 3a-3d i figur 5. .. . .v-...vr-.w-fi.- - . ..-,-- f-

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 7901055-9 P A T E N T K R A V 1 Modkopplare i ett automatiskt vinkelföljesystem ingående i ett telekommunikationssystem för överföring av ett eller flera kommunika- tionsfrekvensband jämte en viss pejlfrekvens, innehållande en mikrovâgsantenn, i vilken en grundmod och högre ordningens moder alstras då den av antennen mottagna strålningen infaller i ett plan som ej sammanfaller med det mot antennens referensaxel vinkelräta pla- net, varvid nämnda högre ordningens'moder utnyttjas för att bilda ett par felsignaler, vilka utgör mätt pâ avvikelsen mellan nämnda plan jämte tillhörande referenssignaler, en slät eller korrugerad cirkulär huvudvâgledare, vilken utgör del av eller är ansluten till antennens matarhorn och i vilken grundmoden och nämnda högre ordningens moder fortplantas och vilken uppvisar fyra i ett mot vâgledaraxeln vinkelrätt plan anordnade aperturer av företrä- desvis rektangulärt tvärsnitt, samt fyra vâgledararmar av rektangulårt -tvärsnitt anordnade cirkulärsymmetriskt kring huvudvâgledaren i det mot vâgledaraxeln vinkelräta planet, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda aperturer (3a-Sd) år så dimensionerade att en viss vâgledarmod (TE10) i dessa bildas, vars amplitud och fas år bestämd av amplituden och fasen hos den i huvudvâgledaren (1) uppträdande grundmoden (TE11 eller HE11) samt Stminstone tvâ högre ordningens moder (TE21 eller HE21 och TMO1 eller E02), samt att ett vägledarnät (m1, m2, m3, m4) är anslutet till vâgledararmarnas utgângsportar, vilket nåt har fyra utgângsportar över vilka utsignaler erhålles, av vilka den första och den andra (Xx resp ty), utgörande nämnda referenssignaler, år bildade ur skillnaden mellan de signaler frân ett första resp ett andra par motsatt belägna vâgledaramar (Za, 2c resp 2b, 2d) som härrör från den i huvudvägledaren uppträdande grundmoden lTE11), den tredje och den fjärde (Ax resp Ay), utgörande nämnda felsignaler, är bildade ur summan av de signaler frân nämnda första och andra par motsatt belägna vâgledararmar (Za, 2c resp Zb, Zd) som härrör frin nämnda högre moder (TE21, TM01). v., o79e1ess-9 10 2 Modkopplare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den del (12, 13, 14, 15) av den cirkulära huvudvâgledaren, som befinner sig mellan vâgledararmarna (2a-2d) och dess utgângsport är utformad som ett modfilter för reflektion av de båda högre moderna (TE21, THO1). 3 Modkopplare enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda del av huvudvâgledaren utgörs av ett huvudparti (12), av ett avsmalnande parti (13) samt av ett ändparti (15) av mindre inner- radie, vilka partier begränsas av tvâ snitt (I, II), vilkas avstånd (d1 resp dz) till nämnda mot vâgledaraxeln vinkelrâta plan är valda så att snitten utgör kortslutningsplan-för de båda högre moderna (TE21, TM01 eller HE21, E02). 4 Modkopplare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av de fyra vâgledararmarna (2a-2d) är utformade som ett frekvensfilter för bortfiltrering av kommunikationsfrekvensbanden. 5 Modkopplare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av de fyra vâgledararmarna (2a-2d) har ett jämntjockt bas¿ parti av viss tvärsnittsdimension (a, b1) anslutet till huvudvâgleda- ren (1), ett kontinuerligt eller i steg avsmalnande parti samt ett - jämntjockt ändparti av mindre tvärsnittsdimension (a, b4), varvid tv8 snitt (III, IV) belägna på avstånd (d3, d4) från nämnda aperturer (3a-3d), svarar mot de till respektive apertur transformerade kort- slutningsplanen för grundmoden (TE10) för centerfrekvenserna i kommu- nikationsfrekvensbanden. 6 Hodkopplare enligt patentkrav 4, k ä n n e t e o k n a d av att var och en av de fyra vâgledararmarna (2a-2d) innehåller filter, så- dana att.kommunikationsfrekvensbanden (f1-fz, f3-f¿) reflekteras med reflektionsplanet i huvudsak sammanfallande med innerväggen hos den cylindriska vâgledaren (1), medan pejlfrekvensen (fb) passeras med obetydlig dämpning. 7 Modkopplare enligt patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av vu' 10 7961055-9 11 att vâgledarnätet innefattar en första och en andra riktkopplare (m1 resp ma) med tvâ ingångar (1, 2) jämte skillnads- och summautgâng (A resp s), vilka vardera är anslutna till utgångsportarna hos tvâ motsatt belägna vâgledararmar (Za, Ze resp Zb, Zd) för att bilda nämn- da referenssignaler, en tredje riktkopplare (m3) med tvâ ingångar an- ' slutna till summautgângarna hos den första och den andra riktkoppla- ren, en fjärde riktkopplare (mh) med tvâ ingångar anslutna till skill- nads- och summautgângen hos den tredje riktkopplaren (m3) för att över den fjärde riktkopplarens skillnads- och summautgâng erhålla nämnda felsignaler (Ax, Ay), vilka anger avvikelsen mellan nämnda plan. 8 Modkopplare enligt patentkravet Z,_k å n n e t e c k n a d av att vardera riktkopplaren (m1-m4) utgörs av ett magiskt T. . e: