DE2632615A1 - Satelliten-nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents
Satelliten-nachrichtenuebertragungssystemInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 76 P 6 6 8 O BRD
Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtenübertragungssystem für feste Funkdienste zwischen wenigestens zwei Bodenstationen
über einen geostationären Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren Achsen in Hauptstrahlrichtung wenigstens
annähernd auf den vom Satelliten vorgegebenen Punkt der geostationären Umlaufbahn ausgerichtet sind.
Bei Nachrichtenübertragungssystemen dieser Art kommen in zunehmendem
Maße Bodenstationen mit relativ kleinen, schwach bündelnden Antennen zur Anwendung. Auf diese Weise läßt sich der Kostenaufwand
für eine Bodenstation erheblich reduzieren, da der Anteil der Antennenkosten bei großen, stark bündelnden Antennen außerordentlich
hoch ist. Bodenstationen mit relativ kleinen, schwach bündelnden Antennen lassen sich auch leichter transportieren und
montieren. Die automatische Nachführung der Antennen kann darüber hinaus erheblich vereinfacht werden oder überhaupt entfallen. In
einem ausgedehnten Satelliten-Nachrichtennetz bieten einfachere Bodenstationen, selbst unter Berücksichtigung der daraus resultierenden
Mehrkosten für den Satelliten, eine wesentliche Kostenersparnis.
Die Vielzahl der in Betrieb befindlichen und geplanten Satellitennachrichtennetze
macht es erforderlich, die für den Satelli-
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tenfunk zugewiesenen Frequenzbereiche und die verfügbaren Satellitenplätze
auf der geostationären Umlaufbahn möglichst gut auszunutzen.
Unter diesem Gesichtspunkt haben scharf bündelnde Antennen hohen Gewinns den Vorzug. Stationen mit schwach bündelnden
Antennen stören nämlich andere Satelliten oder werden von ihnen gestört, hei gleicher effektiver Strahlleistung senden
sie insbesamt mehr Leistung und damit auch mehr Störleistung aus, als Stationen mit stärker bündelnden Antennen. Auch erfordern
sie zum Empfang eine höhere Leistungsflußdichte der vom Satelliten gesendeten elektrischen Energie an der Erdoberfläche. Da
diese unerwünschten Effekte in ihren Auswirkungen möglichst klein bleiben sollen, sind der Reduzierung der Antennenabmessungen bei
solchen Bodenstationen relativ enge Grenzen gesetzt. Die Spiegeldurchmesser kleiner Antennen betragen daher im allgemeinen mindestens
drei bis vier Meter. Für den Transport müssen solche Antennen zerlegt werden. Die Antenne benötigt ein Tragwerk, das
die Aufstellung des Reflektors in einer nach Richtung (Azimut) und Neigung festgelegten Ebene schräg im Raum ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine in einem Satelliten-Nachrichtennetz verwendete Bodenstations-Antenne der
einleitend geschilderten Art eine Lösung anzugeben, die bei guter Ausnutzung der geostationären Umlaufbahn zu einem niedrigeren
Antennenaufwand führt und mit Abmessungen auskommt, die ihren Transport im unzerlegten Zustand ermöglicht oder aber eine
solche Zerlegung gestattet, die ihren Wiederzusammenbau mit einfachen Mitteln und einem geringen Zeitaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Nachrichtenübertragungssystem für feste Funkdienste zwischen wenigstens zwei Bodenstationen über
einen geostationären Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren Achsen in HauptStrahlrichtung wenigstens
annähernd auf den vom Satelliten vorgegebenen Punkt der geostationären Umlaufbahn ausgerichtet sind, gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß das Strahlungsdiagramm der Antenne einer Bodenstation in einer ersten Schnittebene eine erste 3-dB-Strahlbreite
zwischen 0,2° und 2° und in einer hierzu senkrechten zweiten
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Schnittebene eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20°
aufweist, daß ferner das Verhältnis der ersten zur zweiten 3-dB-Strahlbreite
= 0,25 beträgt und daß die erste Schnittebene wenigstens annähernd mit der Ebene übereinstimmt, die von der Antennenachse
in Hauptstrahlrichtung und einer Tangente an die geostationäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt
ist.
Antennen mit unsymmetrischem Strahlungsdiagramm, bei denen die 3-dB-Strahlbreiten in der Horizontal- und Vertikalebene stark
unterschiedlich sind, sind an sich auf dem Gebiet der Radartechnik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Nur beispielsweise
wird in diesem Zusammenhang auf das Buch E. Kramar: "Funksysteme
für Ortung und Navigation" Verlag Berliner Union GmbH Stuttgart, Seiten 296 und 297, hingewiesen. Ihre Anwendung für
relativ kleine, schwach bündelnde Antennen bei Bodenstationen in Satelliten-Nachrichtennetzen wurde jedoch bisher nicht in Erwägung
gezogen.
Der Erfindung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß zur optimalen
Nutzung der geostationären Umlaufbahn für eine Vielzahl von Satelliten bzw. zur Vermeidung gegenseitiger Störungen zwischen
verschiedenen Satellitensystemen nur die Strahlbreite in der Ebene klein zu sein braucht, die von der Antennenachse in
Hauptstrahlrichtung und einer Tangente an die geostationäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt ist.
Diese Ebene, mit der die erste Schnittebene des Strahlungsdiagramms der Antenne wenigstens annähernd übereinstimmt, soll im
folgenden kurz als "Stundenwinkelebene" und die hierzu senkrechte zweite Schnittebene kurz als "Deklinationsebene" bezeichnet
werden. Die Strahlbreite des Antennendiagramms braucht deshalb nur in der Stundenwinkelebene klein zu sein, weil sich die
benachbarten, störenden oder störbaren Satelliten in dieser Ebene befinden. In der Deklinationsebene kann hingegen das
Antennendiagramm verbreitert werden, um die Fläche und damit den Aufwand für die Antenne so klein zu halten, wie es für
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das Jeweilige Satellitensystem am wirtschaftlichsten ist. Störungen
anderer Satellitensysteme treten dabei nicht auf.
Für die Flächenabmessungen einer Antenne, die in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen eine stark unterschiedliche 3 dB-Strahlbreite
aufweist, ergeben sich zwangsläufig flächenhafte Abfassungen mit einem relativ kleinen Verhältnis von Breite zu Länge.
Eine solche Antenne erleichtert den Transport, für den bekanntlich Bahn- und Straßenprofile eine Grenze setzen, in hohem Maße,
weil eine größere Abmessung in nur einer Richtung den Transport weit weniger behindert als größere Abmessungen in zwei zueir-ander
senkrechten Richtungen. Die Antenne nach der Erfindung läßt sich demnach bei gegebenem Transportprofil bis zu wesentlich größeren
Werten des Antennengewinns ungeteilt transportieren.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne einer Bodenstation eine Reflektorantenne, deren Hauptreflektor
eine längliche gewölbte Schale mit einem dem Verhältnis der ersten zur zweiten 3-dB-Strahlbreite entsprechenden Verhältnis
seiner Breite zur Länge darstellt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne einer Bodenstation eine Reflektorantenne mit mehreren Gruppenstrahlern,
bei der die Gruppenstrahler in einer Linie nebeneinander angeordnet sind.
Eine besonders vorteilhafte Variante dieser zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die Gesamtanordnung von mehreren Einzelantennen
mit annähernd rotationssymmetrischem Strahlungsdiagramm gebildet ist, deren Einzelstrahler in einer horizontalen Linie
nebeneinander angeordnet sind und bei der die genaue Ausrichtung der Gesamtantenne mittels einstellbarer Phasenschieber in den
Zuleitungen zu den Einzelstrahlern vorgenommen ist. Durch die Aufstellung entlang einer horizontalen Linie, beispielsweise auf
einem Streifenfundament oder auch auf dem Flachdach eines Gebäudes, wird die aufwendige Tragkonstruktion überflüssig, mit der herkömm-
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. 5, . 76 P 6 6 8 O DRD
liehe Antennen als Ganzes schräg in den Raum gestellt werden müssen,
auch sind alle Teile dieser Anordnung leicht zugänglich.
Sofern die Antenne nach der Erfindung beweglich ausgeführt sein soll, weil sie beispielsweise auf verschiedene geostationäre
Satelliten wahlweise auszurichten ist, reicht es in vorteilhafter Weise aus, wenn wenigstens die Achse in HauptStrahlrichtung der
Antenne einer Bodenstation längs der geostationären Umlaufbahn des Satelliten, also in der Stundenwinkelebene, nachführbar ist.
In der Deklinationsebene braucht die Antenne in der Regel wegen ihrer großen Strahlbreite nicht beweglich zu sein. Dies gilt auch
noch für solche Werte des Antennengewinns, bei denen übliche Antennen bereits eine automatische Nachführung benötigen.
Die Beweglichkeit der Antenne kann bei Reflektorantennen mit einem zentralen Strahler entweder durch mechanische Bewegung
der gesamten Antenne oder aber durch eine mechanische Bewegung lediglich ihres Primärstrahlers herbeigeführt werden. Bei einer
Realisierung der Antenne mittels Gruppenstrahlern bietet sich neben einer mechanischen Bewegung der Gesamtantenne auch eine
elektrisch gesteuerte Strahlschwenkung der Antennenhauptkeule an.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In
der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Satelliten-Nachrichtenübertragungssystems
nach der Erfindung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bodenstationsantenne bei einem Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem nach
Fig. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bodenstationsantenne
für ein Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem nach der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 angegebenen Prinzipskizze bedeuten 1 die Erd
kugel, B eine Bodenstation, GB die geostationäre Umlaufbahn und
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So, S1, S2 und S3 auf der geοstationären Umlaufbahn angeordnete
Satelliten verschiedener Satellitennetze. Die Bodenstation B arbeitet mit dem Satelliten So zusammen. Ihre Antenne ist mit
ihrer Achse in HauptStrahlrichtung auf den Satelliten So ausgerichtet.
Sie weist in der ersten Schnittebene I eine erste 3-dB-Strahlbreit»
zwischen 0,2° und 2° auf. In der zu dieser ersten Schn.i ttebene I senkrechten zweiten Schnittebene · II hat die Antenne
eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20°. Der Querschnitt
des Strahlungsdiagramms in der ersten und der zweiten Schnittebene I und II sind mit DI und DII bezeichnet. Die als Stundenwinkelebene
bezeichnete erste Schnittebene I fällt, wie Fig. 1 erkennen läßt, mit der Ebene zusammen, die von der Antennenachse
in Hauptstrahlrichtung und einer Tangente T an die geostationäre Umlaufbahn GB im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt ist.
Mit anderen Worten hat die Bodenstationsantenne in Richtung auf die benachbarten Satelliten S1 und S2 zum Satelliten So eine
geringe Breite, also eine relativ scharfe Bündelung, während diese Bündelung in der dazu senkrechten Richtung relativ gering
ist. Die geringe Bündelung in der Deklinationsebene wirkt sich auf die benachbarten Satelliten S1 und S2 praktisch nicht aus, da
diese nicht in dieser Ebene liegen. Die relativ kurzen Abmessungen der Antenne in der durch diese Ebene gegeb jnen Querschnittsebene
der Antenne wird also hier nicht mit einem entsprechend großen Störgrad erkauft. Hinzu kommt, daß infolge der geringen Bündelung
in der Deklinationsebene eine automatische Nachführung der Antenne
in dieser Ebene entfallen kann. Für die ausreichend genaue Ausrichtung der Antenne auf den Satelliten So, sofern eine wahlweise Ausrichtung auf einen der benachbarten Satelliten S1 bis S3
gegeben sein soll, genügt es, die Antenne in der Stundenwinkelebene bewegbar auszuführen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten AusfUhrungsbeispiel einer
Antenne A weist diese einen Hauptreflektor R auf, der eine längliche gewölbte Schale darstellt. Der Hauptreflektor R wird mit
dem Primärstrahler Ps ausgeleuchtet und ergibt die gewünschten unterschiedlich breiten Strahldiagramme in der Stundenwinkelebene
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und der hierzu senkrechten Deklinationsebene. Die Beweglichkeit einer solchen Antennenanordnung in der Stundenwinkelebene kann in
einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Schale längs einer gekrümmten Schiene verschiebbar auf der Antennenplattform
angeordnet ist.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel für eine Antenne A1 besteht diese aus vier Reflektorantennen mit den
rotationssymmetrischen Hauptreflektoren R1 bis R4 und den Primärstrahlern Ps1 bis Ps4. Die Primärstrahler werden gemeinsam von
einer Hochfrequenzquelle mit unterschiedlicher gegenseitiger Phase so gespeist, daß die Reflektorantennen in ihrer die Antenne A1
darstellenden Gesamtheit die gewünschten unterschiedlichen Strahlbreiten in der Stundenwinkelebene und der hierzu senkrechten Deklinationsebene
erzeugen. Die Aufstellung der vier einzelnen Reflektorantennen bereitet keine besonderen Schwierigkeiten, da sie zur
Realisierung der gewünschten Gesamtanordnung lediglich längs einer Geraden angeordnet werden müssen.
5 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
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40 Le e rs e
ite
Claims (5)
1. Nachrichtenübertragungssystem für feste Funkdienste zwischen
wenigstens zwei Bodenstationen über einen geostationären Satelliten, bei dem die Antennen der Bodenstationen mit ihren
Achsen in HauptStrahlrichtung wenigstens annähernd auf den vom
Satelliten vorgegebenen Punkt der geostationären Umlaufbahn ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Strahlungsdiagramm! der Antenne (A, A1) einer
Bodenstation (B) in einer ersten Schnittebene (I) eine erste 3-dB-Strahlbreite zwischen 0,2° und 2° und in einer hierzu
senkrechten zweiten Schnittebene (II) eine zweite 3-dB-Strahlbreite zwischen 2° und 20° aufweist, daß ferner das Verhältnis
der ersten zur zweiten 3-dB-Strahlbreite ^ 0,25 beträgt und daß
die erste Schnittebene wenigstens annähernd mit der Ebene übereinstimmt, die von der Antennenachse in HauptStrahlrichtung
und einer Tangente an die geostationäre Umlaufbahn im Schnittpunkt mit dieser Achse aufgespannt ist.
2. Nachrichtenübertragungssystem nadi Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die Antenne (A) einer Bodenstation (B) eine Reflektorantenne ist, deren Hauptreflektor (R)
eine längliche gewölbte Schale mit einem dem Verhältnis der ersten zur zweiten 3-dB-Strahlbreite entsprechenden Verhältnis
seiner Breite zur Länge ist.
3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antenne (A1) einer Bodenstation (B) eine Reflektorantenne mit mehreren Gruppenstrahlern
ist, bei der die Gruppenstrahler in einer Linie nebeneinander angeordnet sind.
4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Reflektorantenne von
mehreren Einzelantennen (R1/Ps1...R4/Ps4) mit annähernd
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- 5L- 76 P 66 8 0 3SD
rotationssymmetrischem Strahlungsdiagramm gebildet ist, deren
Einzelstrahler (Ps1...Ps4) in horizontaler Linie nebeneinander angeordnet sind und bei der die genaue Ausrichtung der Gesamtantenne
mittels einstellbaren Phasenschiebern in den Zuleitungen zu den Einzelstrahlern vorgenommen ist.
5. Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die Achse in Hauptstrahlrichtung der Antenne (A, A1)
einer Bodenstation (B) längs der geostationären Umlaufbahn (GB) des Satelliten (So, S1, S2, S3) nachführbar ist.
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