SE522925C2 - Mottagning av signaler från flera satelliter i en enda antenn - Google Patents

Description

25 30 35 40 i 522 925 2 Om dessa fokus tas fram för vågor med riktningar i ett stort antal vinklar i förhållande till antennens optiska axel, erhålls punkter, som bildar en yta, i vilken givetvis också fokus for vågor inkommande längs den optiska axeln ligger. Denna fokalyta har en form, som bestäms av antennens egenskaper. Exempelvis har en rotationssymmetrisk antenn en rotationssymmetrisk fokalyta runt sin symrnetriaxel, som samtidigt är den optiska axeln. Exempelvis är denna för en parabol eller en offsetparabol den axel, runt vilken parabolytan är utformad, dvs är konstruerad runt, och fokalytan har som regel någon typ av skålforin.

Exempelvis kan en lins av vågledarkaraktär utformas, så att fokus i olika vinklar genom linsen for avlägsna signalkällor bildar en sfärisk fokalyta med en radie lika med fokalavståndet, eller som andra ytterlighet, i en plan fokalyta. Man kan säga att avbildningen bildar en fokalyta med en böjningsradie designad till någon längd, som är kortare än fokalavståndet upp och till en oändlig radie och som per definition skär genom det fokus, som traditionellt definieras längs optiska axeln för linsen, dvs fór vågor inkommande längs den optiska axeln eller från vågor inkommande från källa liggande på den optiska axeln.

För den rotationssymrnetiiska linsantennen enligt den publicerade Intemationella patentansökningen WO 94/11920 Al eller en optisk fotografisk lins av glas bildar fokalpunktema en plan yta, som år rotationssymmetrisk i förhållande till syrnmetriaxeln, vilken samtidigt är den optiska axeln. Vid avbildning av den geostationära banan med hjälp av en sådan linsantenn kan i fokalplanet för en sådan lins erhållas en i huvudsak rak, ibland något bågfonnig kurva.

Andra antenner, som inte är rotationssyrrirnetiiska, har som regel en mer eller mindre approximativ rotationssymmetn' kring den optiska axeln.

REDoGoRELsE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett syfte med uppfinningen att förenkla inställningsarbetet vid uppsättning av en antenn för mottagning av flera satellitsignaler.

Det är allmänt ett syfte med uppfmningen att anvisa en mottagaranordning för signaler från sa- telliter, som samtidigt, med enkel mekanisk omställning kan motta signaler från minst två satelliter.

Sålunda innefattar allmänt en anordning för mottagning/sändning av elektromagnetiska signaler från/till minst två satelliter, vilka är fast belägna i punkter på den geostationära banan, en antenn av något slag, exempelvis en parabolantenn eller en lins av vågledarkaraktär eller en linsan- tenn av exempelvis den typ, som visas i den ovan nämnda intemationella patentansökningen. Linsen kan vara utformad att avbilda avlägsna bildpunkter på en i första hand rotationssymmetrisk fokalyta, så att det parti av den geostationära banan, inom vilket satelliterna är belägna, avbildas på en kurva på fokalytan. Anordningen innefattar vidare flera mikrovågshorn, ett mikrovågshorn för mottagning/ sändning från/till varje satellit, varvid mikrovågshomen är placerade på lämpliga platser längs fokal- kurvan. .

Antennen är alltså utformad att ge en avbildning av minst två satelliter, vilka är synliga inom ett geografiskt område, i ett med den geostationära banan parallellt plan. Vidare finns ett fäste med en skena längs vilken hornen är glidbart inställbara utom det mittersta hornet som alltid ligger i ske- nas mitt och vid antennens optiska axel. En inställningsanordning for monteringen av de minst två mikrovågshomen kan finnas. Vid justering av denna kan skenans form och också homens inbördes 10 15 20 25 30 35 40 s 522 925 avstånd ändras.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas som ett ej begränsande utföringsexempel med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: - Fig. 1 är perspektivvy av en linsantenn, - Fig. 2 är en tvärsektion genom linsantennen i fig. 1, - Fig. 3 är en sarnmansättningsvy av linsantennen i fig. 1, - Fig. 4 är en vy av ett fäste för flera mikrovågshorn, - Fig. 5 är vy liknande fig. 4 med monterade mikrovågshom, - Fig. 6 och 7 är schematiska vyer av mikrovågshom anbragta på en böjbar skena med böjning åt olika håll, - Fig. 8a, 8b är vyer framifrån och uppifrån av ett böjbart fäste för mikrovågshorn, - Fig. 9a, 9b är vyer framifrån och uppifrån av böjbart fäste med en inställningsanordning av saxtyp för mikrovågshom, - Fig. 10 är en schematisk perspektivvy, som visar mottagning i en punkt från flera satelliter, och - F ig. 1 1 är en perspektivvy av homhållare för fastgöring vid en skena.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Inklinationsvinkeln 100, som här definieras som vinkeln i förhållande till ett plan genom ekvatom, för ett mindre, rakt i söder eller norr liggande avsnitt av den geostationära banan eller för en där liggande geostationär satellit varierar för en betraktare belägen på jordytan från 0° vid betrak- tande från ekvatom (ingen lutning) till 8,5° vid polerna, se fig. 10. För en betraktare som befinner sig inom ett område med mindre geografisk utsträckning, säg inom ett område vilket ligger mellan 40° latitud och 70° latitud, har inklinationen ett värde mellan 4° och 7 °. Allmänt gäller för punkter på jordytan att ju större inklinationen för banavsnittet är, desto mer böjd blir avbildningen därav i en antenns fokalplan, eftersom en betraktare också ser mer av banavsnittets krökning. Böjningens stor- lek avgörs av antennens specifika utformning och dimensionering. Inom ett begränsat banavsnitt för ett vinkelområde av exempelvis 20° är utböjningen för avbildningen av banavsnittet i en linsantenn ca 6 mm vid maximal latitud och inklination.

För mottagarhorn placerade längs en rät linje innebär denna avvikelse små förluster, eftersom den mottagningslob, som en normalstor antenn i dag har, är flack inom detta område. Mottagarhor- nen kan då placeras längs en krökt linje, som ligger mellan de krökta linjer, vilka fås vid områdets sydligaste och nordligaste punkt.

I det fall att banavsnittets vinkelomfång är större än 20° eller att antennen förstorar krökning- en i för hög grad kan det vara nödvändigt att använda andra lösningar som till exempel existerande optiska tilläggslinser eller speglar eller det brukliga - att utnyttja flexibilitet i monteringspunkterna för de anordningar, som fasthåller mottagningshornen.

Vinkelavstånden mellan två satelliter varierar sett från en punkt på jordytan, när denna punkts latitud ändras, på grund av att jorden är rund och det därigenom blir olika avstånd från en punkt på jordytan till det banavsnitt, vars ändar definieras av satellitema. För ett område, exempelvis Europa, som liksom i exemplet ovan sträcker sig från 70° latitud till 40° latitud, är vinkeln mellan två satel- 10 15 20 25 30 35 40 f522 925 4 liter belägna 20° ifrån varandra betraktat från en punkt längst i norr, dvs vid latitud 70°, medan vin- keln är ca 22° vid 40° latitud. Avbildningsintervallet blir större ju närmare satellitema är belägen punkten på jordytan, dvs den plats där antennen är belägen. Detta medför, att de av en antenn erhåll- na bildema av satellitema på fokallinjen också förflyttas, så att de får olika avstånd från varandra, när antennen placeras vid olika latituder.

Mottagningshomen anordnade längs en rät linje är därför oftast justerbart anordnade, i det fall att de signalkällor, vilkas signaler skall mottagas, ger upphov till strålar, sett från antennens optiska mitt, som har ett vinkelintervall större än 6°. De enskilda homen måste förflyttas något längre ifrån varandra för en antennplacering närmare ekvatom och något närmare varandra fór en antennplace- ring längre bort från ekvatom. För övrigt sitter mottagningshom konventionellt på något fäste med var sin specialkabel ansluten till någon central elektronikenhet, i vilken vågledare och förstärknings- elektronik finns anordnade. Den räta linje, längs vilken homen är monterade, är med fördel juster- bart anordnad, så att mottagningshomen kan fås att sitta på lärnpliga platser. En sådan utformning skall nu beskrivas.

En mottagaranordning innefattande en linsantenn 1 visas i perspektivvy i fig. 1 och i en sek- tion genom den optiska axeln i fig. 2. Linsantennen 1 har formen av en väsentligen cirkulär skiva, se den ovan anförda Intemationella patentansökningen, är vid ett ställe vid sin kant vridbart fäst vid ett krökt stag 3, som i sin tur är fäst vid något underlag, exempelvis ett tak eller en vägg på en byggnad.

Från stagets 3 fästpunkt vid antennen utgår en arm 5, som vid sin fria ände är krökt för att med sitt yttersta parti gå parallellt med antennen 1, dvs vinkelrätt mot antennens axel, när armen har ett läge så att dess yttersta parti passerar genom axeln. Arrnen 5 har vid sin fria ände ett hål 7 för montering av ett hornfaste 9, se sarnrnansåttningsvyn i fig. 3.

Homfástet 9 är utfört i huvudsak av en bockad plåtdetalj och innefattar en homfästdel ll med approximativt formen av en låg, likbent triangel med en lång sida och en spets med trubbig vinkel, som ligger mittemot den långa sidan. Vidare innefattar hornfastet en armfästdel 13, som består av en flik, vilken i vinkel utskjuter från homfåstdelen ll, från den trubbiga spetsen hos denna. Armfästde- len har ett monteringshål 15 för montering vid armen 5 med hjälp av exempelvis en skruv 17 med samverkande handtagsförsedd mutter 19.

Homfästdelen 1 l uppbär vid sin långa sida en skena 21, vid vilken homen 23 monteras, se vy- ema uppifrån i fig. 4 och 5. Demra kan vara avbruten i sin centrala del, där ett hål 25 finns upptaget.

Homen 23 är fastgjorda vid skenan 21 medelst monteringsdelar 27, så att homens optiska axlar lig- ger under hornfästdelen ll. Monteringsdelarna medger fastgöring vid vald plats på skenan 21. Det mittersta homet 23' är dock fastgjort centralt, vid hålet 25 i skenans avbrutna parti, och kan alltså in- te förflyttas i sidled.

Fastgöring av de enskilda homen 23, 23' vid skenan 21 framgår av perspektivvyn i fig. ll.

Homen sitter i hållare 41, som innefattar en nedre rund bygel 43 fastgörande av homen. Byglama 45 utskjuter nedåt från hållarblock 45, som har hål 47, exempelvis gängade. Hållama fästs vid skenan 21 i dennas avlånga hål med hjälp av exempelvis skruvar, en skruv visad vid 49. Hållarblocken 45 är smalare sett i skenans riktning än byglamas homens bredd i samman riktning och hålens 47 centrumlinje ligger på avstånd från byglarna 43. Detta medför att om hållama placeras med sina hål 10 15 20 25 30 35 40 fs22 925 5 47 växelvis på vardera sidan om ett mittplan genom skenan kan hållarblocken om så erfordras pla- ceras tätt intill varandra, varvid då också byglama och homen växelvis ligger på olika sidor om det nämnda mittplanet. Homens axlar kan därigenom placeras närmare varandra än vad som är fallet om alla homen placeras sida vid sida.

Inriktning av linsantennen och mottagningshomen skall nu beskrivas. Såsom konventionellt inriktas först antennen genom vridning till önskat läge kring två axlar, så att en vridning kring den första axeln ställer in antennens elevation och en vridning kring den andra axeln ställer in antennens riktning i horisontell led. En sådan korrekt utförd inriktning medför, att satellitsignalema fokuseras på punkter på en fokallinje, vilken ligger i fokalytan.

I det fall att fokalytan är plan, vilket gäller för linsantennen enligt den ovan anförda intematio- nella patentansökningen, är fokalytan plan och fokallinjen för de punktforrniga avbildningarna av satellitema på en rät linje. Mottagarhornen skall då placeras längs en rät linje, vilket erhålls med en rak skena 21, som i sin tur skall placeras i korrekt vinkelläge kring antennens optiska axel. Inrikt- ningen kan då göras genom att armen 5 först antas placerad i sådan vridningsvinkel, att det mittersta hornet 23' ligger centrerat för mottagning längs antennens optiska axel. Sedan utförs den ovan be- skrivna inriktningen av hela antennen 1 kring de två nämnda axlarna, varvid det optimala läget be- stäms som det läge, vid vilket mitthornet ger maximal signal för en vald satellit, och antennen kan då låsas i det funna läget. Därefter vrids hornfästet 9 kring den led, som bildas av hopkopplingen vid hålen 7 och 15, och samtidigt förflyttas ett hom 23 vid sidan av det mittersta längs skenan 21 till ett läge, som möjliggör mottagning av signaler från en annan satellit. Signalen till detta hom bestäms hela tiden och hornfastet och hornet låses i de lägen, som ger maximal signal. Därefter kan övriga vid sidan liggande hom förflyttas längs skenan och låsas i de lägen, vid vilka de ger maximal signal för andra valda satelliter.

Fokallinjen, på vilken ett avsnitt av den geostationära banan avbildas, är emellertid inte helt rät, eftersom banavsnittet inte ligger längs en rät linje eller ser ut som en rät linje betraktas från punkter utanför ekvatom. Det kan därför många gånger vara nödvändigt att något böja skenan 21, längs vilken homen 23 sitter monterade, exempelvis manuellt plastiskt deformera skenan till en permanent böjd form. En anordning för att åstadkomma en sådan böjning i det fall att skenan är av fjädrande material kan innefatta en styv balk, som är parallell med den böjbara skenan 21 , håller fast skenan vid dennas ändar och är försedd med justerskruv vid sin mitt, se fig. 8. Ett annat utförande kan innefatta ett spännelement, ej visat, verkande mellan skenans ändar för att verka med en hoptryckande kraft, så att skenan kan böja sig likt en pilbåge, jämför beskrivningen av fig. 9 nedan.

Böjningen av skenan skall då göras, innan det ovan beskrivna inställningsförfarandet påbörjas.

Lämplig utböjning kan erhållas exempelvis ur tabeller eller med hjälp av en mall, som gäller för den latitud, vid vilken antennen sätts upp.

Genom att mottagarhomens axlar är placerade på avstånd från skenan 21, förflyttas också homen närmare varandra vid böjning av skenan, se fig. 6, eller längre ifrån varandra, se fig. 7, bero- ende på vilket håll böjningen görs.

Då både böjning av skenan, vid vilken homen är fästa, och inbördes avstånd mellan homen är beroende av den latitud, vid vilken antennen sätts upp, finns ett förhållande däremellan som bestäms 10 15 20 25 f522 925 6 enbart av latituden. Därför kan en anordning användas som i kombination ändrar både böjning och avstånd.

En sådan, mer komplicerad anordning kan alltså användas för att erhålla en kontrollerad for- flyttning av homens läge vid böjning av skenan, se fig. 9. Vid skenans 21 båda sidor, riktade från och mot antennen, finns två likadana styva balkar med avlånga spår vid sina båda ändar. Spårens form bestäms av antennens karaktär och kan vara rak eller ellipsforrnad. Vid balkarnas mitt finns hål, in i vilka utsprång på skenan passerar, så att skenan vid sin mitt är lagrad vid balkarna. I spåren finns andra stift som vilar mot skenans motsatta flatsida, vid skenans ändar. Skenans 21 böjning åstadkommes genom forflyttriing av stiften i spåren. Spårens form bestämmer formen hos den böjda skenan, som exempelvis också kan vara elliptisk. Samtidigt med en sådan förflyttning påverkas en saxanordning, vilken ligger vid skenans ena flatsida och med vilken homen, är förbundna. Påverkan av saxanordningen förflyttar alla dessa hom utom det mittersta till nya platser, så att de inbördes av- stånden mellan homen förändras proportionellt. Vid påverkan av saxanordningen forflyttas också stiften i spåren och det omvända gäller också.

Samma inställningsförfarande och samma montering av mottagningshornen, som beskrivits ovan, kan allmänt användas för såväl linsantenner som parabolantenner och andra fórstärkande/fo- kuserande antennsystem, som på något sätt kan konstrueras att avbilda ett avsnitt av den geostatio- nära banan längs en linje i en rotationssyrrnnetrisk fokalyta. Inställningsförfarandet kan också ap- proximativt användas för exempelvis ett begränsat vinkelområde på en asymrnetrisk yta, där en av- vikelse från fokalytan inte inverkar alltför mycket på kvaliteten hos den mottagna signalen.

Om antennen inte är vridbar och endast mottagningshomen kan vridas, krävs att antennen nå- gonstans har en approximativt rotationssymmetrisk fokalyta, kring vilkens axel gruppen mottag- ningshom samtidigt kan rotera. Om hela antennsystemet är vridbart kring sin optiska axel, erfordras dock inte detta.

Ovan har en anordning avsedd for mottagning av signaler beskrivits. Anordningen kan dock lätt ändras till sändning av signaler genom utbyte av mikrovågshom för mottagning till sådana för sändning med bibehållande av deras lägen, eftersom strålgångar for elektromagnetiska vågor är om- vändbara enligt fysikaliska lagar.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 40 522 925 7 PATENTKRAV

1. l. Anordning för mottagning/sändning av elektromagnetiska signaler från/till minst två satelli- ter (101) belägna i fasta punkter på den geostationära banan (103), innefattande en antenn (1) för att ge en avbildning av ett avsnitt av den geostationära banan, inom vilket satellitema är belägna, och vidare innefattande minst två mikrovågshorn (23, 23') för mottagning/sändning för mottagning av signaler från och/eller sändning av signaler till satelliterna, samt innefattande en skena (21), längs vilken mikrovågshomen är placerade, k ä n n e t e c k n a d av att från skenan (21) utgår ett vinklat utsprång (13) vridbart fastgjort vid en bärarm (5) vid en ledpunkt (15) och att skenan innefattar en fast plats (25) för ett första mikrovågshom (23'), varvid det första niikrovågshomet är placerat med sin mottagningsriktning inriktad med ledpunkten och de övriga mikrovågshomen (23) är inställbart placerade vid skenan vid sidan eller sidoma av det fast placerade mikrovågshomet, varvid den vrid- bara fastgöringen medger, att de övriga mikrovågshornen som en grupp kan vridas kring det första mikrovågshornets axel, som samtidigt utgör det första homets mottagningsriktning.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att det första homets axel sammanfaller med antennsystemets axel eller med syrnrnetriaxeln hos antennens fokalyta.

3. Anordning enligt något av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d av att skenan är plastiskt defor- merbart material, så att skenan manuellt kan ges en valbar krökt form genom böjning av skenan från en från början rak form.

4. Anordning enligt något av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d av en första inställningsanord- ning för valbar böjning av skenan från en från början rak form.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att inställningsanordningen innefattar en styv balk anordnad parallellt med skenan och med en inställningsskiuv verkande mot skenan för böjning av denna.

6. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att inställningsanordningen innefattar en inställbar spännanordning verkande med hoptryckande krafter mot skenan i skenans längdriktning för böjning av skenan.

7. Anordning enligt något av krav 1 - 6, k ä n n e t e c k n a d av en inställningsanordning in- nefattande en saxanordning, vid vars inre ledpunkter homen är fastgjorda för att proportionellt för- ändra avståndet mellan homen.

8. Anordning enligt något av krav 4 - 6, k ä n n e t e c k n a d av en andra inställningsanord- ning innefattande en saxanordning, vid vars inre ledpunkter homen är fastgjorda för att proportio- nellt förändra avståndet mellan homen samtidigt med böjning av skenan vid eller för påverkan av den första inställningsanordningen.

9. Anordning enligt något av krav 1 - 8, k ä n n e t e c k n a d av hållare för homen, som med- ger att homen kan placeras altemerande framför och bakom ett plan genom skenan och därigenom med sina axlar närmare varandra än hornens bredd.

10. Anordning enligt något av krav 1 - 9, k ä n n e t e c k n a d av att antennen innefattar en lins av vågledarkaraktär.

11. ll. Förfarande för att inställa minst två sändande eller mottagande horn (23, 23') i ett antenn- system för sändning till eller mottagning från på stort avstånd belägna punkter, vilka ligger på en 10 9 ') G- *52 9 5 8 linje eller kurva, så att bilden av dessa punkter erhållen av antennsystemet ligger på en fokallinje, k ä n n e t e c k n at av att först placeras ett första horn (23') för mottagning från en första punkt, ge- nom att hela antennsystemet med fastsittande horn vrids, och att därefter vrids endast hornen (23, 23') som en grupp kring det första hornets axel, vilken samtidigt utgör det första homets mottag- ningsriktning.

12. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n at av att vid vridning av hornen vrids dessa till ett läge, i vilket ett av de övriga homen kommer nära eller i ett fokus motsvarande en av punkter- na, varefter gruppen av horn låses i detta läge.

13. Förfarande enligt krav 12, k ä n n e t e c k n at av att efter låsning förskjuts vart och ett av övriga homen (23) till lägen, som motsvarar fokus från motsvarande av punktema.

14. Förfarande enligt något av krav ll - 13, k ä n n e t e c k n at av att före placering av det första hornet (23') anordnas homen längs en bana, vilken ges en krökning avpassad till den latitud, vid vilken antennen uppsätts.