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Dokumentenidentifikation DE60111585T2 18.05.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001119072
Titel Antennengruppenkonfiguration für Weitwinkel-Überdeckung
Anmelder The Boeing Co., Seattle, Wash., US
Erfinder Ramanujam, Parthasarathy, Redondo Beach, US;
Robinson, Stephen A., North Hills, US;
Law, Philip H., Encino, US
Vertreter Witte, Weller, Gahlert, Otten & Steil, 70178 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 60111585
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.01.2001
EP-Aktenzeichen 011005501
EP-Offenlegungsdatum 25.07.2001
EP date of grant 22.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.05.2006
IPC-Hauptklasse H01Q 1/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01Q 25/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01Q 21/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein Antennensysteme, und insbesondere eine Antennen-Cluster-Konfiguration für eine Weitwinkelausleuchtung.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Kommunikationssatelliten sind alltäglich geworden zur Verwendung für viele Kommunikations-Dienste, wie bspw. Datenübertragung, Sprachkommunikation, Fernseh-Punktstrahlausleuchtung und andere Datenübertragungsanwendungen. Satelliten als solche müssen Signale bereitstellen für verschiedene geografische Orte auf der Erdoberfläche. Typische Satelliten benutzen kundenbezogene Antennendesigns, um eine Signalausleuchtung für ein bestimmtes Land oder ein geografisches Gebiet bereitzustellen.

Um eine Signalausleuchtung für ein großes Gebiet bereitzustellen, werden verschiedene Lösungsansätze verwendet. Ein einzelner Strahl mit einer breiten Strahlbreite wird manchmal verwendet, ist aber bezüglich der Leistungslieferung über ein solches großes geografisches Gebiet beschränkt. Typischerweise werden zur Ausleuchtung bzw. Abdeckung eines großen geografischen Gebiets angrenzende Punktstrahlen verwendet.

Benachbarte Punktstrahlen werden von mehreren Antennen erzeugt, um ein großes geografisches Gebiet mit einer kleinen Variation bezüglich der gemessenen Signalstärke am Boden auszuleuchten. Um jedoch Strahlen mit hoher Leistung über der Nord- und der Südhemisphäre mit einem einzelnen Weltraumfahrzeug zu erzeugen, ist es notwendig, entweder eine 3:4-Antennenkonfiguration mit breiter Überstreichung zu verwenden, oder eine 6-Antennenkonfiguration mit schmaler Überstreichung.

Eine Antenne mit breiter Überstreichung ist typischerweise eine Side-feed-offset-Cassegrain(SFOC)-Antenne oder eine Linsenantenne. Momentan erfordern Punktstrahlsatelliten, die KU- und KA-Band-Kommunikationsverbindungen verwenden, Antennenaperturen von 100 Inches. Das Unterbringen von vier 100-Inch-Aperturen auf einem einzelnen Weltraumfahrzeug ist schwierig. Die SFOC-Geometrien sind bspw. auf der Ost- und der Westseite des Weltraumfahrzeugs geeignet, aber nicht auf der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugs. Die alternative 6-Antennenkonfiguration mit schmaler Überstreichung erfordert ebenfalls eine komplexe mechanische Unterbringung.

Es ist ersichtlich, dass es ein Bedürfnis im Stand der Technik nach Antennensystemen gibt, die aneinandergrenzende Punktstrahlen über ein großes geografisches Gebiet liefern. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass es ein Bedürfnis im Stand der Technik nach Antennensystemen gibt, die aneinandergrenzende Punktstrahlausleuchtung sowohl über der nördlichen als auch der südlichen Hemisphäre liefern. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass es ein Bedürfnis im Stand der Technik nach Antennensystemen gibt, die einen einfachen mechanischen Aufbau und eine Konstruktion bereitstellen, um die Kosten des Weltraumfahrzeugs zu reduzieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die Beschränkungen im Stand der Technik, der zuvor beschrieben wurde, zu überwinden und um andere Beschränkungen zu überwinden, die sich beim Lesen und beim Verstehen der vorliegenden Beschreibung ergeben, offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Kommunikationsausleuchtung mit aneinandergrenzenden Punktstrahlen auf der Erdoberfläche. Die Vorrichtung umfasst ein Antennensystem mit zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung und zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung. Die zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung sind im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet, und die zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung sind im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet und im Wesentlich senkrecht zu den Antennen mit breiter Strahlschwenkung. Die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und die erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung erzeugen ein erstes Strahlmuster auf einer Planetenoberfläche und die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und die zweite Antenne mit schmaler Strahlschwenkung erzeugen ein zweites Strahlmuster auf der Planetenoberfläche.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Antennensystem bereit, das aneinandergrenzende Punktstrahlen über ein großes geografisches Gebiet liefert. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls Antennensysteme bereit, die eine aneinandergrenzende Punktstrahlausleuchtung über die Nord- als auch die Südhemisphäre liefern. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Antennensysteme, die einen einfachen mechanischen Aufbau und eine einfache Konstruktion besitzen, um die Kosten des Weltraumfahrzeugs zu reduzieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen ähnliche Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnen, wobei:

1 eine typische Satellitenperspektive der Erde mit mehreren gewünschten Strahlmustern zeigt;

2 ein zugehöriges Verfahren zum Erzeugen von angrenzenden Punktstrahlen darstellt, wobei ein einzelner Reflektor verwendet wird;

3 ein betreffendes Verfahren zum Erzeugen aneinandergrenzender Punktstrahlen zeigt, wobei mehrere Reflektoren verwendet werden;

4a ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

4b eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

5a5b eine typische Weltraumfahrzeug-Antennenkonfiguration zeigen, die die vorliegende Erfindung verwenden;

6 das Strahlmuster der nördlichen Hemisphäre zeigt, das von dem Antennensystem von 5 erzeugt wird; und

7 ein Flussdiagramm ist, das die Schritte darstellt, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen rein illustrativ eine spezifische Ausführungsform gezeigt ist, bei der die Erfindung umgesetzt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle Änderungen ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

ÜBERBLICK ÜBER DEN STAND DER TECHNIK

Eine angrenzende Punktstrahlausleuchtung ist allgemein in vielen Satellitenantennenentwürfen eingesetzt, insbesondere bei KA-Band-Anwendungen, die höhere Antennenverstärkungen erfordern, um ernsthaftere Ausbreitungswirkungen zu kompensieren. Ein typischer Lösungsansatz, um eine höhere Verstärkung zu erreichen, besteht darin, eine Einspeiseanordnung bzw. Einspeise-Array zu verwenden, das mit einem Reflektor oder einer Linsenantenne ausgerichtet ist, wobei jede der Einspeisungen einen einzelnen Strahl erzeugt. Dieser Lösungsansatz ist jedoch nicht sehr effizient, da die Überlappungsanforderung der Strahlen fordert, dass die Größe der Einspeisehörner relativ klein ist, was zu einem Verlust in der Richtwirkung auf Grund von Übersprechen bei den Einspeisehörnern führt.

Ein anderer Lösungsansatz zum Erhalt von angrenzenden Punktstrahlen besteht darin, mehrere Antennen zu verwenden. Bei diesem Lösungsansatz werden benachbarte Strahlen immer von der zweiten oder dritten, und zweiten oder dritten oder vierten Antenne erzeugt, um eine angrenzende Punktstrahlausleuchtung zu erzeugen. Damit ist der benachbarte Strahl von der gleichen Antenne weiter weg im Vergleich zu einer Einzelantennenlösung. Dies ermöglicht eine größere Einspeisung, die zur Erzeugung jedes Strahls verwendet wird, was zu einer Verbesserung der Verstärkungs- und Seitenkeulenleistung führt. Um jedoch eine Ausleuchtung sowohl in der nördlichen als auch der südlichen Hemisphäre unter Verwendung dieses Lösungsansatzes zu erzeugen, wird eine mechanische Komplexität im Weltraumfahrzeug erforderlich, um eine Unterbringung von großen Antennenreflektoren auf der Nord-, der Süd-, der Ost- und der Westposition des Weltraumfahrzeugs zu ermöglichen.

1 zeigt eine typische Satellitenperspektive der Erde mit mehreren gewünschten Strahlmustern. Die Erde 100 ist aus der Perspektive eines Satelliten gezeigt, typischerweise eines Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn.

Der Satellit liefert Kommunikationssignale, die Strahlen genannt werden, die die richtige Signalstärke besitzen, um mit Antennen auf der Erdoberfläche 100 zu kommunizieren. Da jedoch Leistungsbeschränkungen, gewünschte Ausleuchtungsgebiete, etc. bestehen, kann eine einzelne Antenne eine Ausleuchtung des gesamten sichtbaren Bereichs der Erdoberfläche 100 nicht bereitstellen. Spezifische geografische Gebiete werden von den Satellitendesignern für die Kommunikationsausleuchtung ausgewählt. Der Satellit liefert typischerweise Kommunikationsdienste in ein oder mehrere ausgewählte geografische Gebiete durch Einsatz mehrerer Antennenstrahlen.

Wie in 1 gezeigt, muss ein Weltraumfahrzeug typischerweise ein Kommunikationssignal zu gewünschten Orten auf der Oberfläche der Erde 100 liefern. Da die Nachfrage nach Kommunikationsdiensten steigt, wächst gleichzeitig die Größe der geografischen Orte. Momentan umfasst eine typische Ausleuchtung bzw. Abdeckung für Kommunikationssatelliten Orte in der nördlichen und der südlichen Hemisphäre.

Der Ort 102, der in der nördlichen Hemisphäre gezeigt ist, wird typischerweise ausgeleuchtet durch Einsatz der Punktstrahlen 104, während der Ort 106, der in der südlichen Hemisphäre gezeigt ist, typischerweise ausgeleuchtet wird durch Verwendung der Punktstrahlen 108. Um Hochleistungsstrahlen über beide Hemisphären zu erzeugen, ist es notwendig, drei oder vier Antennen mit breiter Strahlschwenkung bzw. -überstreichung oder sechs bis acht Antennen mit schmaler Strahlschwenkung einzusetzen, um die Punktstrahlen 104 und 108 bereitzustellen.

Allerdings können Satelliten und Raketenfahrzeuge vier Antennen mit Aperturen von 100 Inch Durchmesser nicht immer unterbringen. Folglich kann der Satellit nicht die Ausleuchtung bereitstellen, die durch die Strahlen 104 und 108 gezeigt ist, oder es müssen mehrere Satelliten gestartet werden, um die Strahlen 104 und 108 zu liefern. Andere Einschränkungen bezüglich des Satelliten, bspw. Leistung, Gewicht, Größe und die Raketenfahrzeugnutzlasteinschränkungen würden typischerweise den Satelliten beschränken, entweder auf kleinere geografische Gebiete 102 und 106 oder darauf, dass einer der Strahlmuster 104 oder 108 beseitigt wird. Die sperrige Form typischer Antennensysteme mit breiter Strahlschwenkung verkomplizieren den Entwurf des Satelliten weiter. Die Extraausgaben für mehrere Satelliten sowie die Entwurfskosten zum Unterbringen und zum Entwurf eines Antennensystems, das die Strahlmuster 104 und 108 bereitstellen könnte, erhöhen die Kosten der Kommunikationsdienste.

2 zeigt ein betreffendes bekanntes Verfahren zum Erzeugen aneinandergrenzender Punktstrahlen unter Verwendung eines einzelnen Reflektors. Eine angrenzende Punktstrahlausleuchtung kann durch Verwendung mehrerer Einspeisehörner 200 und eines einzelnen Reflektors 202 erreicht werden, um die Strahlmuster 204 zu erzeugen, die gleich sind zu den Punktstrahlen 104 und 108 von 1. Die Einspeisehörner 206, die mit „1" aus Illustrationszwecken benannt sind, werden angeregt, um einen Punktstrahl 208 zu erzeugen, wobei Einspeisehörner 210, die zur Darstellungsvereinfachung mit „3" bezeichnet werden, werden angeregt, um die Punktstrahlen 212 zu erzeugen. In ähnlicher Weise werden die übrigen Einspeisehörner 200 angeregt, um die übrigen Punktstrahlen im Strahlmuster 204 zu erzeugen. Diese Antennenkonfiguration liefert eine schlechte Signalstärkengleichmäßigkeit im Strahlmuster 204, da die Einspeisehörner 200, die für eine solche Konfiguration benötigt werden, groß sein müssen, so dass die Zwischenraumbereiche 214 zwischen den Einspeisehörnern 200 groß werden. Die Kontinuität und die Gleichmäßigkeit des Strahlmusters 204 wird damit verschlechtert.

3 zeigt ein betreffendes bekanntes Verfahren zum Erzeugen angrenzender Punktstrahlen, in dem mehrere Reflektoren verwendet werden.

Antennensystem 300 benutzt vier separate Einspeisehorn-Bänke 302 bis 308 und vier separate Reflektoren 310 bis 316, um das Strahlmuster 318 zu erzeugen, das mit keiner Strahlformung erreicht wird. Es ist wünschenswert, dass alle Reflektoren 310 bis 316 und die Einspeisehörner 302 bis 208 gleiche Leistung über dem gewünschten geografischen Gebiet besitzen, das von dem Strahlmuster 318 ausgeleuchtet wird. Typische Antennengeometrien, die in der Lage sind, einen breiten Winkel, etwa 10°, abzutasten, sind die Side-feed-offset-Cassegrain(SFOC)-Antennen und symmetrische Linsengeometrien. Für eine Breitwinkelausleuchtung, wie jene, die in 2 gezeigt ist, ist es wünschenswert, dass alle Reflektoren 310 bis 316 in der Lage sind, eine gute Abtast- bzw. Verschwenkleistung sowohl über die Region 102 als auch 106 zu erreichen. Um dies auf einem einzelnen Weltraumfahrzeug zu erbringen, müssen alle vier Reflektoren 310 bis 316 auf dem Weltraumfahrzeug untergebracht sein, was schwierig ist bei der Annahme, dass jeder Reflektor 310 bis 316 einen Durchmesser von 100 Inch besitzt. Viele Weltraumfahrzeugentwürfe können drei oder vier große Reflektoren, wie dies im Antennensystem 300 gefordert wird, nicht unterbringen.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Die aktuelle Erfindung offenbart eine Technik zum Kombinieren von zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung und zwei Antennen mit begrenzter Strahlschwenkung, die geeignet auf dem Weltraumfahrzeug platziert werden, um die Leistung der drei Antennen mit breiter Strahlschwenkung oder sechs Antennen mit schmaler Strahlschwenkung zu erreichen. Dieser Lösungsansatz führt zu einem einfacheren mechanischen Aufbau auf dem Weltraumfahrzeug und damit zu reduzierten Entwurfs- und Startkosten.

Die vorliegende Erfindung nützt jedem Satelliten, der Punktstrahlen zur Oberflächenausleuchtung verwendet, da sie eine zusätzliche Gestaltungsfreiheit und eine erhöhte geografische Gebietsausleuchtung für Anwendungen mit hoher Datenrate erlaubt. Die vorliegende Erfindung liefert ein einfaches Verfahren zur Unterbringung von Antennen, die etwa 0,4° Punktstrahlen im KA-Band über einen breiten Winkel bzw. weiten Winkel erzeugen.

4a zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Antennensystem 400 umfasst vier Antennen 402 bis 408. Antenne 1 402 befindet sich auf der Ostseite des Weltraumfahrzeugbusses 410, die Antenne 2 404 befindet sich auf der Westseite des Weltraumfahrzeugbusses 410, die Antenne 3 406 befindet sich auf dem Nordteil der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 410 und die Antenne 4 408 befindet sich auf dem Südteil der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 410. Solartafeln 412 sind aus Klarheitsgründen ebenfalls gezeigt. Obwohl mit Bezug auf die Nord-, Süd-, Ost- und Westausrichtung auf dem Weltraumfahrzeugbus 410 beschrieben, dienen diese Ausrichtungen nur zu Illustrationszwecken. Der Weltraumfahrzeugbus 410 kann bspw. neu ausgerichtet werden, um die Antenne 3 406 auf eine Westseite, Ostseite oder Südseite des Weltraumfahrzeugbusses 410 zu positionieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Antenne 1 402 und 2 404 sind in der Lage, eine breite Strahlschwenkung auszuführen, bspw. bis zu 9°, wobei Antennen 3 406 und 4 408 eine begrenzte Verschwenkung oder eine schmale Schwenkungsleistung besitzen, bspw. bis zu 5°. Die mechanische Komplexität, die zum Verstauen und Entfalten der Antennen 3 406 und 4 408 erforderlich ist, wird reduziert. Typischerweise sind die Antenne 1 402 und die Antenne 404 SFOC-Antennen, aber es können auch phasengesteuerte Gruppenantennen oder andere Antennengeometrien mit breiter Strahlschwenkung sein.

Das Strahlmuster 414 wird von den Anntennen 1 402, 2 404 und 3 406 erzeugt, und das Strahlmuster 416 wird von den Antennen 1 402, 2 404 und 4 408 erzeugt. Bspw. werden die Punkte 1 418 von der Antenne 1 402 erzeugt, unabhängig, ob sie im Strahlmuster 414 oder 416 sind.

Die Punkte 2 420 werden von der Antenne 2 404 erzeugt, unabhängig davon, ob sie in dem Strahlmuster 414 oder 416 sind. Die Punkte 3 422 werden von der Antenne 3 406 erzeugt, und sie werden nur im Strahlmuster 414 verwendet. Die Punkte 4 424 werden von der Antenne 4 408 erzeugt und werden nur im Strahlmuster 416 verwendet. Das Strahlmuster 414 wird für die geografische Ausleuchtung in der nördlichen Hemisphäre verwendet, wohingegen das Strahlmuster 416 zur geografischen Ausleuchtung in der südlichen Hemisphäre verwendet wird. Um eine bessere geografische Ausleuchtung zu erhalten, ist es wünschenswert, die Antenne 3 406 in Richtung Norden und die Antenne 4 408 in Richtung Süden zu neigen. Die Strahlmuster 414 und 416 sind gleich zu den Strahlmustern, wie sie in 1 gezeigt sind.

4b zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Falls ein SFOC-Antennensystem, wie es in 4a beschrieben ist, nicht möglich ist, bspw. auf Grund unzureichender Weltraumfahrzeugbusdimensionen 410, oder weil die Startfahrzeugeinschränkungen oder andere Einschränkungen bestehen, kann ein System mit Linsen verwendet werden. Bei der Ausführungsform von 4b ist die Antenne 1 402 nun in der Nordposition auf der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 410, die Antenne 2 404 ist nun in der Südposition auf der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 410, die Antenne 3 406 ist gegenüberliegend der Ostseite des Weltraumfahrzeugbusses 410, und die Antenne 4 408 ist gegenüber der Westseite des Weltraumfahrzeugbusses 410. Dieser Aufbau ermöglicht die Verwendung von Antennen 3 406 und 4 408, die einfache, bspw. Gregorian-Antennen, sind, wohingegen die Nadir-Seite Antennenlinsen über Antennen 1 402 und 2 404 besitzt, um die breite Strahlverschwenkungsfähigkeit bereitzustellen, die für Antennen 1 402 und 2 404 gefordert wird. Die Strahlmuster 414 und 416 werden in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform erzeugt, die mit Bezug auf die 4a beschrieben wird.

MECHANISCHE ANTENNENKONFIGURATION

5a bis 5e zeigen eine typische Weltraumfahrzeugantennenkonfiguration, die die vorliegende Erfindung verwendet.

Weltraumfahrzeug 500 ist mit vier Antennen 502 bis 508 von etwa 100 Inch Durchmesser dargestellt. Antennen 502 bis 508 entsprechen den Antennen 402 bis 408, die mit Bezug auf die 4a bis 4b beschrieben wurden. Antenne 502 befindet sich auf der Ostseite des Weltraumfahrzeugbusses 510, die Antenne 504 ist auf der Westseite des Weltraumfahrzeugbusses 510 angeordnet, die Antenne 506 befindet sich auf dem Nordteil der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 510, und die Antenne 508 befindet sich auf dem Südteil der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses 510. Solartafeln 512 sind aus Klarheitsgründen ebenfalls gezeigt.

Einspeisehörner 514 bis 520 sind ebenfalls gezeigt. Das Einspeisehorn 514 bestrahlt die Antenne 502, das Einspeisehorn 516 bestrahlt die Antenne 504, das Einspeisehorn 518 bestrahlt die Antenne 506 und das Einspeisehorn 520 bestrahlt die Antenne 508. Das Einspeisehorn 514 ist in Richtung des Unterreflektors bzw. Teilreflektors 522 gerichtet, der mit der Antenne 502 ausgerichtet ist, um den Strahl 524 zu erzeugen. Das Einspeisehorn 516 ist in Richtung des Teilreflektors 526 gerichtet, der mit der Antenne 504 ausgerichtet ist, um den Strahl 528 zu erzeugen. Einspeisehörner 514 bis 520 können ein einzelner oder mehrere Sätze von Einspeisehörnern sein, wie von dem Gestalter des Weltraumfahrzeugs gewünscht, oder wie benötigt, um die für die geografische Ausleuchtung gewünschten Strahlen zu erzeugen. Bspw. sind die Einspeisehörner 514 und 516 als zwei Einspeisehorn-Bänke gezeigt, aber könnten eine einzelne Bank von Einspeisehörnern oder mehrere Bänke von Einspeisehörnern, wie gewünscht, sein. Strahlen 524 und 528 werden verwendet, um die Punktstrahlen für die Antennen 502 und 504 zu erzeugen. Die Antennen 502 und 504 sind in einer SFOC-Konfiguration gezeigt, die auf der Ost- und Westseite des Weltraumfahrzeugbusses 510 untergebracht ist, wie mit Bezug auf die 4a beschrieben.

Die Antennen 506 und 508 sind als versetzte Antennen mit Gregorian-Geometrie gezeigt, können, falls gewünscht, jedoch auch aus einem anderen Geometriedesign sein. Die Gregorian-Antennen 506 und 508 können zum Verschwenken innerhalb von etwa 4° verwendet werden und können als solche sowohl bei den Mustern zur Nord- als auch zur Südhemisphärenausleuchtung gleichzeitig verwendet werden. Das Einspeisehorn 518 bestrahlt den Unterreflektor 530, der mit der Antenne 508 ausgerichtet ist, um den Strahl 532 zu erzeugen. Das Einspeisehorn 520 bestrahlt den Unterreflektor 534, der ausgerichtet ist zu der Antenne 506, um den Strahl 536 zu erzeugen. Die Strahlen 532 und 536 werden verwendet, um die abwechselnden Punke für die angrenzende Punktstrahlausleuchtung zu erzeugen. Die Antenne 506 ist so ausgerichtet, dass ihre Sichtlinie auf das nördliche Muster der Strahlen zentriert ist und analog zu der Antenne 406 von 4a ist. In gleicher Weise ist die Sichtlinie der Antenne 508 in Richtung des südlichen Strahlen-Clusters gerichtet und ist analog zu der Antenne 408 von 4a.

6 zeigt das Strahlmuster der nördlichen Hemisphäre, das von dem Antennensystem von 5 erzeugt wird. Das Strahlmuster 600 ist eines von zwei gleichen angrenzenden Punktstrahlmustern, die von dem 4-Antennenaufbau der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Die Strahlverstärkungsleistung des Strahlmusters 600 ist gleichmäßig über das gesamte Ausleuchtungsgebiet 602, obwohl sogar die einzelnen Punktstrahlen von zwei unterschiedlichen Antennentypen erzeugt werden. Die Verstärkungsvariation für das Ausleuchtungsgebiet 602 liegt innerhalb von 1,3 dB.

VERFAHRENSDIAGRAMM

7 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Block 700 zeigt das Ausführen des Schritts zum Erzeugen eines ersten angrenzenden Punktstrahlmusters auf der Erdoberfläche durch eine erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, eine zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und eine erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung, die auf dem Satelliten angebracht sind.

Block 702 zeigt die Ausführung des Schritts zur Erzeugung eines zweiten angrenzenden Punktstrahlmusters auf der Erdoberfläche durch die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und einer zweiten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung.

SCHLUSSFOLGERUNG

Dies schließt die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ab. Die nachfolgenden Paragraphen beschreiben einige alternative Verfahren zur Erreichung der gleichen Aufgabe. Die vorliegende Erfindung, obgleich mit Bezug auf HF-Systeme beschrieben, kann ebenfalls mit optischen Systemen verwendet werden, um die gleichen Ziele zu erreichen. Ferner, obgleich mit Bezug auf SFOC-Systeme als Antennen mit breiter Strahlschwenkung und die Gregorian-Systeme als Antennen mit schmaler Strahlschwenkung beschrieben, können andere Antennensysteme, wie phasengesteuerte Antennen, einzelne Antenneneinspeisungen oder andere Antennensysteme verwendet werden, um die angrenzende Punktstrahlausleuchtung, die hier beschrieben wurde, zu erzeugen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Obgleich ferner hier beschrieben wurde, dass das System zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung, angeordnet auf entgegengesetzten Flächen, bspw. der Ost- und der Westfläche, des Weltraumfahrzeugbusses angeordnet sind, können die zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung auf der gleichen oder anderen Seite des Weltraumfahrzeugbusses angeordnet sein, solange die zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung weg von einander auf dem Weltraumfahrzeugbus weit genug angeordnet sind, um zwei unterschiedliche angrenzende Punktstrahlmuster zu erzeugen. Gleicherweise, obgleich hier mit zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung als einander gegenüberliegend angeordnet, bspw. dem Nord- und dem Südteil der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeugbusses beschrieben, können die zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung auf der gleichen oder anderen Seiten des Weltraumfahrzeugbusses angeordnet sein, so lange wie die zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung weit genug weg voneinander auf dem Weltraumfahrzeugbus angeordnet sind, um zwei unterschiedliche angrenzende Punktstrahlmuster zu erzeugen.

Zusammenfassend offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer angrenzenden Punktstrahlkommunikationsausleuchtung auf der Erdoberfläche. Die Vorrichtung umfasst ein Antennensystem, zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung und zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung. Die zwei Antennen mit breiter Strahlschwenkung sind im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet, und die zwei Antennen mit schmaler Strahlschwenkung sind im Wesentlichen einander gegenüberliegend und im Wesentlichen senkrecht zu der Antenne mit breiter Strahlschwenkung angeordnet. Die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und die erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung erzeugen ein erstes Strahlmuster auf einer Planetenoberfläche und die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung, die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung und die zweite Antenne mit schmaler Strahlschwenkung erzeugen ein zweites Strahlmuster auf der Erdoberfläche.


Anspruch[de]
  1. Satellitenantennensystem (400; 500) zum Bereitstellen einer angrenzenden Punktausleuchtung, mit:

    einer ersten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502);

    einer zweiten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504), die entfernt von der ersten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) angeordnet ist;

    einer ersten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506); und

    einer zweiten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (408; 508), die entfernt von der ersten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506) angeordnet ist, wobei die erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506) und die zweite Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (408; 508) entfernt von der ersten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) und der zweiten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) angeordnet sind, wobei die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502), die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) und die erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506) ein erstes Strahlmuster (414; 600) erzeugen, und die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502), die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) und die zweite Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (408; 508) ein zweites Strahlmuster (416) erzeugen.
  2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlmuster (414; 600) in einer Hemisphäre und das zweite Strahlmuster (416) in einer anderen Hemisphäre ist.
  3. Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlmuster (414; 600) in der nördlichen Hemisphäre und das zweite Strahlmuster (416) in der südlichen Hemisphäre ist.
  4. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) auf einer Ostseite eines Weltraumfahrzeug-Busses (410; 510) platziert ist, und die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) auf einer Westseite des Weltraumfahrzeug-Busses (410; 510) platziert ist.
  5. Antennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) und die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) seitengespeiste Offset-Cassegrain-Antennen sind.
  6. Antennensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506) und die zweite Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (408; 508) Offset-Gregorian-Antennen sind.
  7. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) auf einer Nordposition einer Nadir-Seite eines Weltraumfahrzeug-Busses (410; 510) angeordnet ist und die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) auf einer Südposition der Nadir-Seite des Weltraumfahrzeug-Busses (410; 510) angeordnet ist.
  8. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) und die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) Linsenantennen sind.
  9. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502) oder die zweite Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) eine phasengesteuerte Gruppenantenne ist.
  10. Verfahren zum Erzeugen von zumindest zwei benachbarten Punktstrahlmustern (414, 416) zur Kommunikation von einem Satelliten zu der Erdoberfläche, mit den Schritten:

    Erzeugen eines ersten angrenzenden Punktstrahlmusters (414; 600) auf der Erdoberfläche durch eine erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502), einer zweiten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) und einer ersten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (406; 506), die auf dem Satelliten angeordnet sind; und

    Erzeugen eines zweiten angrenzenden Punktstrahlmusters (416) auf der Erdoberfläche durch die erste Antenne mit breiter Strahlschwenkung (402; 502), der zweiten Antenne mit breiter Strahlschwenkung (404; 504) und einer zweiten Antenne mit schmaler Strahlschwenkung (408; 508).
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
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