DE3411838A1

DE3411838A1 - Schwenkstrahlantenne fuer weltraumfunkstellen

Info

Publication number: DE3411838A1
Application number: DE19843411838
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dondl (FH), 6101 Roßdorf
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-10-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkstrahlantenne für Welt-
raumfunkstellen, die ihren geometrischen Aufenthaltsort im Raum relativ zu ihrem Ausleuchtgebiet auf der Erde auf definierter Flugbahn während der Betriebszeit ändern.
Schwenkbare Antennen bzw. Antennen mit schwenkbarem Strahl an Bord von Satelliten sind bekannt. Gewöhnlich sind solche Antennen so gestaltet und so gelagert, daß beim Schwenken die geometrische Anordnung des Antennenerregersystems zum Antennenreflektor bzw. zu den Antennenreflektoren (Haupt- und Subreflektor) unverändert starr bleibt bzw. bei einem Mehrfacherregersystem nach dem sog. "phased array"-Prinzip sich das Strahlungszentrum nur unwesentlich verschiebt; das heißt, daß sich das Antennendiagramm beim Schwenken nicht oder kaum ändert.
Bei Satelliten, die ihre Entfernung zur Erde ändern, hat dies jedoch zur Folge, daß sich sowohl die Konturen des Ausleuchtgebietes als auch die funktechnischen Gegebenheiten (empfangsseitig: 1,eistungsflußdichte; sendeseitig: Erforderliche Strahlungsleistung der Erdefunkstellen)im Ausleuchtgebiet bei verschiedenen Entfernungen des Satelliten so erheblich voneinander unterscheiden, daß fortlaufend aufwendige Ausgleichsmaßnahmen erforderlich sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, solche aufwendigen Ausgleichsmaßnahmen dadurch zu umgehen, daß die funktechnischen Gegebenheiten im Ausleuchtgebiet auf der Erde unabhängig von der Satellitenentfernung durch geeignete Streuung des Satellitenantennenstrahls bei Annäherung an die Erde in etwa gleich bleiben.
Dies erreicht die Erfindung dadurch, daß die auf das Ausleuchtgebiet gerichtete Schwenkbewegung mit einer Veränderung des Öffnungswinkels und/oder des Gewinns der Antenne mit dem Ziel einer auch bei verschiedenen Entfernungen gleichen Ausleuchtung gekoppelt ist.
Die Erfindung setzt dabei einen Satelliten auf definierter Umlaufbahn voraus (siehe z. B. DE-OS 31 45 207 und Aufsatz: OOPUS erschließt dem Satellitenfunk eine neue Diemension",ntz Archiv, Heft 12/1983 S. 327 - 335), bei dem die Erdentfernung einerseits und die Antennenhauptstrahlrichtung relativ zur Lage einer Orientierungsachse des Satelliten im Raum andererseits in einem eindeutigen mathematisch darstellbaren Zusammenhang stehen. Da der Antennenstrahl bei solchen Satelliten ohnehin geschwenkt werden muß, um auf das Ausleuchtgebiet ausgerichtet zu bleiben, wird in der erfindungsgemäßen Anordnung der Schwenkwinkel zugleich als Stellgröße für die Streuung bzw. Bündelung des Antennenstrahls genutzt. Dabei erfährt der Antennenstrahl im eYdfernsten Punkt des relevanten Teils der Satellitenbahn die größte Bündelung und im erdnähesten Punkt die erwünschte Streuung, so daß in beiden Punkten des relevanten Teils der Satellitenbahn die Sendeleistung des Satelliten etwa auf die gleiche Ausleuchtzone auf der Erde verteilt wird, bzw. der Satellit das abgestrahlte Signal einer Erdefunkstelle etwa gleichstark empfängt. Das heißt: Sowohl Gewinn als auch Breite der Hauptkeule des Antennendiagramms ändern sich in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel der Hauptstrahlrichtung der Satellitenantenne.
Die technische Lehre der Erfindung gründet sich auf folgende Überlegungen, die anhand von Fig. 1 angestellt werden sollen. Fig. 1 zeigt in Ansicht die Erdkugel 1 mit dem erdfernsten 2 und dem erdnähesten Punkt 3 des relevanten Teils iner Satellitenbahn 8. Um die gleiche Ausleuchtzone 9 von beiden Punkten aus versorgen zu können, muß der Antennenstrahl der Satellitenantenne in bekannter Weise auf dem Weg von 2 nach 3 um den Winkel 7 abzüglich 6 von der Stundenachse weg geschwenkt werden. Erfindungsgemäß wird nun gleichzeitig der Antennenöffnungswinkel von 4 auf 5 auf gekoppelte Weise erweitert.
Durch das Erweitern des Antennenöffnungswinkels wird einerseits erreicht, daß sich nicht der größte Teil der Sendeleistung um den Ausleuchtmittelpunkt konzentriert und in der Randzone erheblich vermindert ist, und andererseits wird erreicht, daß der Unterschied der Ausbreitungsdämpfung, der ohne Streuung über 4 dB zwischen den Punkten 2 und 3 betragen könnte, abgebaut wird.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Prinzipschema näher erläutert. Auf dem Satellitenkörper 10, der in der Stundenachse 11 orientiert ist, ist eine sog. "off-set"-Antenne mit Erregersystem 12 und Reflektor 13 bzw. 15 montiert. Der Reflektor ist um die Achse 14 schwenkbar gelagert. In der Reflektorstellung 13 bildet die Hauptstrahlrichtung 16 den Winkel 6 mit der Stundenachse 11. Wird der Reflektor in die Stellung 15 um die Achse 14 geschwenkt, so bildet nun die Hauptstrahlrichtung 17 den Winkel 7 mit der Stundenachse. Ein Vorteil bei dieser Anordnung ist es, daß der Reflektor nur um etwa den halben Winkel des Strahlschwenkwinkels geschwenkt werden muß.
Durch das Schwenken wird der Reflektor näher an das Erregersystem 12 herangeführt, was zu einer Erweiterung des Antennenöffnungswinkels und einer Verringerung des Antennengewinns durch Defokussierung führt. Die Wahl der Drehachsen oder einer anderen Schwenkanordnung ist abhängig von den speziellen Ausleuchtebedingungen und den Antennenabmes sungen.
Die mit der Schwenkbewegung einhergehende Veränderung des Öffnungswinkels und/oder Gewinns kann auch mit einer phasengesteuerten Nehrfacherregerantenne erfolgen, wobei der Schwenkwinkel in einen Rechner eingegeben und als Stellgröße für den Öffnungswinkel und/oder Gewinn verwendet wird.

Claims

Schwenkstrahlantenne für Weltraumfunkstellen 4 Patentansprüche 1 Schwenkatrahlantenne für eine relativ zu ihrem Ausleuchtgebiet auf definierter Flugbahn bewegte Weltraumlfunkstelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die auf das Ausleuchtgebiet (9) gerichtete Strahlschwenkung mit einer Verbinderung des Öffnungswinkels (4, 5) und/oder des Gewinns der Antenne mit dem Ziel einer auch bei verschiedenen Entfernungen annähernd gleichen Ausleuchtung gekoppelt ist (Fig. 1).
2 Schwenkstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung mechanisch erfolgt (Fig. 2).
3 Schwenkstrahlantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einseitig angelenkter Reflektor (13,15) mit seinen freien Ende relativ zu Erreger (12) zur Strahlschwenkung bewegbar ausgebildet ist und die auf ihn gerichtete Erregerstrahlung damit defokussiert bzw.

fokussiert (Fig. 2).
4 Schwenkstrahlentenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Strahlschwenkung einiergehende Veranderung des Öffnungswinkels und/oder Gewinns elektrisch, z. B. mit einer phasengesteuerten Mehrfacherregerantenne erfolgt, wobei der Schwenkwinkel in einen Rechner eingegeben und als Stellgrö ße für den Öffnungswinkel und/oder Gewinn verwendet wird.