DE1466052A1 - Antennensystem zur Verwendung bei Raumfahrzeugen od.dgl. - Google Patents

Description

Dlpl,lng Dipl. ooc. DUb-T- 12, NOV. 1365

!•!•ton 11139

Compagnie Francaise Thomson-Houston,

Paris 8, Boulevard Haussmann 175 (Frankreich)

"Antennensystem zur Verwendung bei Raumfahrzeugen od. dgl."

Französische Priorität vom Ij5. November 1964 aus der franz. Patentanmeldung Nr. 99^ 959

Die Erfindung schafft ein verbessertes Mehrzweckantennensystem, das in der Lage ist« gleichzeitig Radiosignale von verschiedenen Quellen mit verschiedenen Richtungsund anderen Merkmalen zu senden» Die Erfindung wurde zur Verwendung in Raumfahrzeugen entwickelt, Insbesondere Satelliten, für Fernmeldesysteme und wird demgemäss

Prop» 3576/RTT - 1 - - IO§048/0120

hierin unter besonderem Hinweis auf dieses Anwendungsgebiet erläutert. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung für andere Anwendungsgebiete im Bereiche von Punkverbindungen anwendbar ist.

Verbindungen mit Satelliten und anderen Arten von Raumfahrzeugen lassen schwierige Probleme entstehen, die hauptsächlich auf die beträchtliche Anzahl verschiedener P Verbindungsglieder zurückzuführen sind, die geschaffen werden müssen und auf das Senden von Signalen verschiedenster Merkmale bezüglich der Trägerfrequenz, Polarisation und Richtung, die auch mit den äusserst beschränkten Raumverhältnissen und der begrenzten Lastträger-Leistungsfähigkeit des Fahrzeuges im Zusammenhang steht. Die heutigen Satelliten erfordern im allgemeinen das gleichzeitige Vorsehen von drei verschiedenen Arten von Funkverbindungen:

1) Eine Hauptverbindung für das Senden und den Empfang von Informationen,

2) eine Fernmessverbindung zur übertragung von Messungen, die an Bord des Satelliten durchgeführt wurden, und

J>) eine Fernsteuerungsverbindung für den Empfang von Steuerungssignalen zum Betätigen verschiedener Relais, die die Arbeitsweise der Satellitengeräte steuert. Verschiedene Radiofrequenzbänder sind durch internationale Vereinbarung jedem der obigen Verbindungsglieder zugeordnet.

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Einige der Radioverbindungen in den obigen Verbindungsgliedern können gerichtet gesendet (und empfangen) gesendet werden, während andere in vielfachen Richtungen gesendet (und empfangen) werden müssen. So wird das obenerwähnte Haupt- oder Informstionsglied im allgemeinen nur in Betrieb gesetzt, nachdem der Satellit auf seine vorgeschriebene Umlaufbahn gebracht worden ist und sich weiterhin in seiner Lage in der Umlaufbahn stabilisiert hat, so dass er ständig die gleiche Seite |

zur Erde kehrt. Unter diesen Bedingungen ist es hochgradig vorteilhaft, die Informationssignale über eine Richtantenne zu senden, wie etwa einen /xii-.ls tr ahler, der senkrecht auf die Erde zu zeigt, da dies eine beträchtliche Verstärkung in dem Strahlungswirkungsgrad gestattet.

Andererseits können andere Arten von Informationen, wie etwa die obenerwähnten Fernmess- und Steuersignale, die als Verbindungsglieder (2) und (;>) erwähnt wurden, nicht nützlich durch eine Richtantenne gesendet werden, da das Senden dieser Signale beginnen können muss, bevor der Satellit stabilisiert ist und während er noch beliebig im Raum herumwirbelt.

Obiges stellt eine Situation dar, worin ein Raumfahrzeugantennensystem sowohl die.gerichtete als auch die Vielrichtungssendung und den Empfang verschiedener SignaIg

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übernehmen muss» Es ist klar* dass andere Lagen, in denen eine im allgemeinen gleichartige Forderung auftritt, durchaus eintreten können.

Bisher wurden nach bestem Wissen und Gewissen der Anmelder keinerlei Anstrengungen gemacht, um ein einheitliches oder integriertes Mehrzweckantennensystem zu schaffen, das in der Lage wäre, gleichzeitig ein Signal gerichtet und ein anderes Signal in vielfacher Richtung abzustrahlen. Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, diese Lücke zu füllen und solch ein integriertes Vielzweckantennensystem zu schaffen.

Die übliche Antennenanordnung, die gewöhnlich in Satelliten für die gleichzeitige Übertragung von gerichteten und vielfach Richtungsradiowellen verwendet wird, besteht einfach in zwei verschiedenen Antennenaufbauten, der einen einer Richtantenne und der anderen einer Mehrfachrichtungsantenne, die funktionell nicht miteinander in Verbindung stehen. So kann die Richtantenne einen einzigen axialen Leiter umfassen, der aus einer Endoberfläche der Satellitenhaut herausragt und mit dieser Endoberfläche als Grundebene zusammenarbeitet, um ein übliches Grundebenenrichtantennensystem zu schaffen. Die Vielfachriehtungsantennenvorrichtung, die gleichzeitig mit solch einer Richtantenne verwendet wird umfasst häufig ein Paar gekreuzter Dipole, die einen sogenannten Drehkreuzabstrahier

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darstellen* Bei einer solchen Anlage müssen die beiden Abstrahlersysteme ziemlich weit voneinander weg angeordnet sein, wenn sie nicht gegenseitig ihre Funktionen stören sollen und dies erfordert, dass die Drehkreuzdipole aus den Seiten des Satellitengehäuses herausragen. Die sich ergebende Anordnung ist ungünstig, weil sie einen Teil des wertvollen Raumes für sich beansprucht, der zur Unterbringung von Sonnenelementen u.a. äusseren Geräten I

auf der äusseren Oberfläche der Satellitenhaut zur Verfügung steht, die Verdrahtung kompliziert und noch weitere Nachteile hat, die Später noch erläutert werden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine zusammengefasste Antenneneinheit zu schaffen, die zwei Abstrahler umfasst, die in der Lage sind,- Energie von verschiedenen Quellen abzustrahlen und die verschiedene Richtungs- und andere Merkmale hat, wobei diese Abstrahler funktionell so miteinander verbunden sind, dass ein Abstrahier als eine Grundebene oder ein Gegengewicht für den anderen dient, wodurch die gewünschten Richtcharakteristiken verliehen werden.

Eine weitere Zielsetzung ist, solch eine zusammengesetzte Antenneneinheit zu schaffen, worin der funktionelle Zusammenhang . zwischen den beiden Abstrahlern so ist, dass beide Abstrahlfl» nahe beieinander angebracht werden können

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(und in der Tat müssen), wodurch die Gesamtabmessungen verringert, die Verdrahtung erleichtert und andere" Vorteile geschaffen werden, die in einem Raumfahrzeug ganz besonders günstig sind. Ein weiteres Ziel ist, die "Formung" des Strahlungsmerkmalmusters des Richtungsstrahlers der zusammengesetzten Antenne zu erleichtern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Satelliten, der mit getrennten Rieht- und Vielfaehrichtungsantennen in Übereinstimmung mit einer typischen Anordnung nach dem Stande der Technik ausgerüstet ist,

Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht eines Satelliten, der mit dem verbesserten, einheitlichen Rieht- Vielfachrichtungsantennensystem nach der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 3 ist eine vereinfachte Ansieht, die das Grundkonzept darstellt, das in der Erfindung verwendet wird und eine Grundaus führ ungs form davon darstellt.

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Pig. H ist eine bruchstückweise Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Systems im Schnitt auf einer diametralen Ebene des Satelliten, wobei u.a. die Speisungseinrichtungen für die Antennenelemente gezeigt werden,

Fig. 5 ist eine schematisohe Ansicht des verbesserten Satelliten nach einer Richtungsstabilisierung

auf der Umlaufbahn um die Erde, wobei teilweise '

ein vorteilhaftes Richtstrahlmuster gezeigt ist, wie es mit dem verbessertem Antennensystem erzielt werden kann, wobei in dieser Ansicht die linearen Abmessungen des Satelliten selbstverständlich weitgehend übertrieben sind, aber riehtungsmässige Verhältnisse im wesentlichen beibehalten sind,

Fig. 6 stellt eine Art eines Symmetriegliedes dar, das |

gemäss der Erfindung verwendbar ist.

Bei der typischen Anordnung nach dem Stand der Technik, wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein künstlicher Satellit mit einem Körper 2 von im allgemeinen zylindrischer Form mit einer Richtantenne versehen, die aus einem einzigen axialen Abstrahlelement 4 besteht, das aus der Mitte einer flachen Endwandung 6 des Körpers senkrecht dazu herausragt und

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der Körper ist weiterhin mit einer Vielfachrichtungsantenne der sogenannten Drehkreuzart versehen. Diese Drehkreuzantennenanordnung weist zwei Dipolelemente 8 und 8' in gekreuztem Verhältnis auf, wobei jeder Dipol ein Halbwellenresonanzleiter ist, dessen entgegengesetzte Schenkel oder Stangen 8 A und 8 B und 8¹A und 8¹B aus diametral entgegengesetzten Punkten der zylindrischen Seitenoberfläche des Körpers 2 herausragen. Im Betrieb solch eines üblichen Raumfahrzeugantennensystems wird das axiale Strahlelement 4 mit sehr hoher Frequenz oder Ultrahochfrequenz-Energie im Verhältnis zu der Metallhaut des Körpers 2 erregt, die die Satellitenmasse oder die künstliche Erde darstellt. Das axiale Strahlelement 4 arbeitet gemeinsam mit der Grundebene, die von der Endfläche 6 des Satellitenkörpers dargestellt wird, um die aufgebrachte Energie mit einer verhältnismässig hohen Richtcharakteristik um die axiale Richtung abzustrahlen, die als Z gezeigt ist.

So kann, nach dem der Satellit auf seine Umlaufbahn gebracht und in seiner Lage stabilisiert ist, wie das in üblicher Weise geschieht, so dass die Richtung Z des axialen Strahlelementes 4 senkrecht zur Erde zeigt, die axiale Antenne 4 mit hohem Wirkungsgrad benutzt werden, um Informationssignale zur Erde zu senden.

Die Drehkreuzanordnung wird mit ihren beiden gekreuzten

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Dipolen 8 und 8' in Phasenquadratur mit sehr hoher Frequenz oder UltrahochfreQuenz-Energie von einer anderen Quelle mit einer verschiedenen Frequenz von der Quelle erregt, die dazu dient, das axiale Strahlelement 4 zu erregen. In Übereinstimmung mit dem bekannten Drehkreuzprinzip hat die Dipolanordnung 8-8· ein Strahlungsmuster, das grob kreisförmig in dir Ebene des Drehkreuzes ist und es eignet sich daher sehr wohl für Vielfachrichtungsverbindungen. Weiterhin ist die abgestrahlte Energie vom Drehkreuz in einer Ebene polarisiert, die senkrecht zur Polarisationsebene der Energie liegt, die von der Richtantenne 4 abgestrahlt wird, Die Drehkreuzantenne 8 - 8^f kann demgemäss zum Austausch von Information zwischen Erde und dem Satelliten verwendet werden, bevor dieser letztere auf seine Uralaufbahn; gebracht und in seiner lage stabilisiert wurde, zur Übertragung von Steuersignalen und Fernmessangaben zu und von dem Satelliten, Es ist daraufhinzuweisen, dass, nachdem der Satellit auf seiner Umlaufbahn stabilisiert ist, die Vielfachrichtungsantenne 8 - 8¹ noch weiterhin für den Austausch dieser zu letzt erwähnten Sig~ nale verwendet wird, gleichzeitig mit dem Betrieb der Richtstrahlantenne 4.

Das übliche Antennensystem, das so unter Hinweis auf ♦ .

/ beschrieben* wurde, besitzt; eine Anaahl von Nachteilen, Das richtige InstellungbrIngen der Drehkreuzantennen-

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elemente 8-8' erfordert ungünstige Durchbohrungen durch die flaut des Satellitenkörpers. Der wertvolle Oberflächenbereich, der um den Körper herum zur Verfugung steht, um dort Sonnenbatterieelemente und andere Einrichtungen unter zubringen wird beträchtlich verringert, während die Gesamtradialbemessung des Satelliten unerwünscht durch die herausragenden Drehkreuzdipole vergrössert wird. Die elektrischen Stromkreisverbindungen zwischen den verschiedenen Antennenelementen und den inneren elektronischen Einrichtungen sind schwierig zu verdrahten wegen der weit voneinander entfernten Punkte an denen die Antennenelemente mit dem Körper verbunden sind und wegen des knapp bemessenen Raumes und der Überfüllung mit Einrichtungselementen im Inneren des Satellitenkörpers. Ebenso werden ungünstige Kapazitanzwirkungen durch die Seitenoberfläche des Körpers 2 geschaffen, die den Betriebswirkungsgrad der Antenneneinrichtung stören.

Bei dem Satellitanantennensystem nach der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 2 dargestellt, werden die vorstehend genannten Nachteile ausgeschaltet. Wie gezeigt, ist das Antennensystem nach der Erfindung, das im allgemeinen mit Io bezeichnet 1st, in der Form einer integrierten einheitlichen Gruppe angeordnet, die vollständig jenseits einer Endfläche des Satellitenkörpers angeordnet ist. Diese Gruppe Io ist auf einem rohrförmigen Träger 12 montiert, der axial aus dem Mittelpunkt der \

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Endfläche 6 herausragt und ein Richtstrahlelement 14 aufweist, das axial aus dem Träger 12 herausragt und eine VieIfachriohtungsanordnung, die das Paar gekreuzter, gefalteter Dipolelemente 18 und 18 * umfasst, die seitlich aus dem anderen Ende des rohrförmigen Trägers herausragen.

Bevor die Bauweise der verbesserten Antennenanordnung im einzelnen unter Hinweis auf Fig. 4 beschrieben wird, wird das Grundprinzip der Erfindung, das eine solche Anordnung % durchführbar macht, erläutert,

Fig. 3 illustriert schematisch eine zusammengesetzte Antenneneinheit nach der Erfindung, die grundsätzlich aus einem axialen Abstrahlelement 14 und einem gefalteten Dipolelement 18 besteht, das senkrecht zum Element 14 angeordnet ist und in, der Nähe seines unteren oder Erregungsendes N. Das gefaltete Dipolelement 18, wie es an sich wohl bekannt ist, kann als ein wellenlängenlanger Leiter angesehen werden, der wie gezeigt so gefaltet ist, dass er einen ungebrochenen oberen Schenkel 2ο aufweist, der sich um eine viertel Wellenlänge nach jeder Seite eines Mittelpunktes M erstreckt und einen anderen Schenkel 22 parallel zu und in nahem Abstand von dem Schenkel 2o, der an seinem Mittelpunkt unterbrochen ist, um das Paar der Verbindungsklemmen zu schaffen. Funkenergie der Frequenz f, wird den Speisungsklemmen PQ in solcher Art und Weise zugeführt, dass die

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Stromwerte an den Klemmen P und Q in Phasenopposition stehen, wie durch die* Angabe "l80°" gezeigt. Die Gesamtstromverteilung entlang dem gefalteten Dipolleiter nimmt dann eine solche Gestalt an, dass der Nettostrom am Mittelpunkt M des ungebrochenen Schenkels des gefalteten Dipols gleich null ist.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ergibt sich aus dem Vorhandensein dieses Stromknotens am Mittelpunkt M des gefalteten Dipols· Wegen des NichtVorhandenseins von Strom wird es möglich, den Mittelpunkt M dee Dipolab«· Strahlerelementes mit demselben Erdleiter, in diesem Falle dem Satellitenkörper 2, zu verbinden« wie dem Erdleiter, der für das axiale Strahlelement 14 verwendet wird und Energie zu diesem letzteren Element über, die Endklemmen MN mit einer Frequenz fg zuzuführen, die von f, verschieden ist.

Bei der so erzeugten Anordnung ist klar, dass der obere Schenkel 18 des gefalteten Dipols als eine Grundebene für den axialen Richtstrahler 14 dient, wodurch die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, die Endfläche 6 des Satellitenkörpers zu verwenden, um diese Funktion durchzuführen, wie das in dem üblichen Antennensystem nach Fig. 1 erforderlich war. Gleichzeitig kann das gefaltete Dipolelement 18 verwendet werden, um Energie mit einer verschiedenen Frequenz abzustrahlen und mit einer ver-

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von der fcf&rfeie', die durch den

;k 'Üe Beiden Strahl·-

e- l(ürid selbstverstandlicn Enfcfarfgs-^ l&eWfce fei^foaeifckfe ώτιά unabhängig voneinariäer l

In dem Grütidänfeennensyatem; wie es in Fig. 3 gezeigt ist,

ist klar; dass Wer einzelne g'e'faitete Öipolstrahler 18 |

Richteig%hschäi4;eh aüfwlist insofern, als er ein Maximum an Straiilühg in der Ebene hat; die senkrecht zu seiner Hauptabmessüng liegt. Diese Eigenschaft kann ,in gewis-

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.sjenschaft kann in gewissen Anwend lings formen der Erfindung wichtig sein, bei denen es erwünscht ist, gleichzeitig verschiedene Informationen in verschiedenen Richtungen zu senden. Der Hauptaspekt der Erfindung beschäftigt sich Jedoch, wie bereits vorher erläutert, mit dem Falle, in dem der gefaltete Dipolstrahler, der zu dem axialen Strahler gehört, eine Vielfachrichtung- anstatt eine Richt-Charakteristik aufweist. Um dies zu erreichen, ist es einfach notwendig, das Qrundsystem nach Fig. 3 zu ergänzen, in dem ein anderes gefaltetes Dipolelement 18' hinzugefügt wird, das senkrecht zu dem Element 18 liegt, wie in Fig. 2 gezeigt, wobei der zusätzliche, gefaltete , Dipol von der gleichen Energiequelle aus gespeist wird, wie das erste Dipolelement 18, aber in Phasenquadratur damit, um eine abgewandelte Form von Drehkreuzanordnung zu schaffen, die ein Vielfachrichtungsstrählmuster hat.

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Dieser bevorzugte Aspekt der Erfindung wird anschliessend im einzelnen unter Hinweis auf Fig. 2 und 4 beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das axiale Strahlelement 14 des kombinierten Antennensystems durch eine axiale üffnung in einem Stöpsel 24 aus Isoliermaterial geführt, der im äusseren Ende eines rohrförmigen Trägers 12 unter-, gebracht ist und mit dem mittigen Leiter meiner coaxialen P Leitung 26 verbunden ist. Die Leitung 26 wird durch den rohrförmigen Träger 14 geleitet und ist innerhalb des Satellitengehäuses mit einer ersten Ssnde-Empfangs-Einrichtung von jeder beliebigen üblichen Art verbunden, die im allgemein^» mit 28 bezeichnet ist.

In Fig. 4 ist nur ein gefaltetes Dipolelement 18 der DoppeIdrehkreuzanqrdnung gezeigt, wobei es klar ist, dass das dazugehörige Element 18' in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Ebene der Zeichnung liegt und dass die allgemeine Anordnung ähnlich der des Elementes 18 ist. Aus Gründen, die noch später angegeben werden, sind die beiden Seiten 18 A und 18 B des gefalteten Dipols l8 (und des Dipols 18¹) vorzugsweise symmetrisch im Verhältnis zueinander zur Achse des Systems winklig in Richtungen auf den Satellitenkörper angeordnet, wie gezeigt. Die oberen Zweige 2o A und 2o B der beiden Seiten des Elementes 18 sind mit ihren inneren Enden jio A und 3o B an diametral entgegengesetzten Funkten

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des oberen Randes des rohrförmigen Trägers 12 angelötet, wodurch sie mechanisch gehalten und elektrisch verbunden werden, um den geerdeten Mittelpunkt zu schaffen, der in Fig. 3 als "M" bezeichnet ist. Die unteren Zweige 22 A * und 22 B sind mit Ihren inneren Enden mechanisch in dem rohrförmigen Träger 14 gehalten, aber elektrisch von ihm isoliert, in dem sie durch Isolationseinsatzstücke 32 A 52 B geführt werden, die In diametral entgegengesetzten Öffnungen des rohrförmigen Trägers angeordnet sind. Diese inneren Enden der Zweige 22 A und 22 B sind innerhalb des Trägers 12 mit den symmetrischen Klemmen 42 eines Symmetrieruinwandlers oder Symmetriergliedes 34 verbunden und in ähnlicher Art und Weise sind die inneren Enden der unteren Zweige des Elementes 18', in Fig. 4 nicht gezeigt, mit den entsprechenden Endklemmen 42' eines anderen Symmetriergliedes 34* verbunden. Die unsymmetrischen Endklemmen 44, 44' der Symmetrierglieder 54 und 34' sind mit den mittigen Leitern entsprechender coaxialer Leitungen 36 und 36* verbunden, deren mittige Leiter durch eine Leitung 38 mit einem zweiten Sender- Empfängergerät 4o kombiniert und verbunden sind. Wie bereits vorher erläutert, müssen die inneren Klemmen der unteren Zweige, wie etwa 22 A und 22 B eines jeden gefalteten Dipols, wobei diese Klemmen, die in Fig. 3 als P und Q bezeichneten Zuleitungsklenuien bilden, in einem I8o° phasenverschobenen Verhältnis gespeist werden müssen. Dieses Ergebnis wird am besten erreicht duroh Verwendung von Symraetrierglledern

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J4 und J4^f von sogenannter Posaunenart, wie genauer In Fig· 6 gezeigt; die opaxlalen Leitungen 36 und 36*, die die entsprechenden gefalteten Dipole l8 und l8^f speisen, sind ungefähr um eine viertel Wellenlänge In Ihren elektrischen Wellen voneinander verschieden, trie schematisch durch einen Phasenverschlebungeeineatz 35 In der Leitung 34* gezeigt. Wie bereite früher angegeben, haben die gefalteten Dipole 18 und 18·, wenn sie eo in Phasenquadra-ψ tür gespeist werden, ein OeeaatstrahlungsiBUSter, das in wesentlichen von gleicher Intensität in allen Scheltelpunkten ist und β te Ilen so eine Vie lfachr leitungsanordnung dar.

Wie bei yj gezeigt, sind die öusseren Leiter aller coar.ialen Leitungen mit der gemeinsamen Erde verbunden, die durch die Umhüllung des Satelliten dargestellt wird.

In Fig. 6 ist gezeigt, dass ein Symmetrierglied j54 oder 54^f, das gemäßs der Erfindung verwendet werden kann, um den einen oder den anderen der gefalteten Dipole zu speisen, eine Leitung 46 aufweist, die eine elektrische Länge hat, die ungefähr einer Halbwellenlänge der Speisungsenergie beträgt und an ihren Enden alt den symmetrischen Endklerauen 42 verbunden ist. Die unsymmetrische Endklemme 44 ist durch eine Leitung 48 alt einer der symmetrischen Endklennen verbunden.

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Bei elfter Anwendung d»r Brflndung betrank das Signal, vom Sonde* 2θ den axialen Strahler 14 zugeleitet wird, 'too Hegafcortz, «In 3tandardfirequena»artd für Satelliteninformationjjverbindunealinien. Bas Drehkreuz 19-13* erhält vom 3ender 4o Bit einer beliebigen von awei Frequenzen, eine Is 149 Hogahertzband da« Standard für 3atelllten-

und der anderen im 1^6-1^8 Mti»·*

hertaband, das *trnfl*»eYerblndune*n aufwiesen 1st. me entsprechenden Mvllenlängen οίηά X ^ · 2.o3 ■ und Λ 2^s* j

2.19 a· de kombinierte Länge einea joden der gefalteten Dipole) ld odor 10* wird dann bei einem Vert L zwischen den Halblängenwerten der beiden Signale gewählt, die der Dreh-

ι i"X f'

kreuzanordnung augeleitet werden« d.h. L a -^V/ A₁ ^2 oder I.056 m, um beide Frequenzen ver»ionden zu können, die In alle Richtungen ausgestrahlt worden. £3 ist daraufhinzuweisen, dass die gefaltete Dipoldrehkreuzanordnung eine relative Breitbandcharakteristik hat, so dass eine wirksame Strahlung für beide Frequenzbereiche erzielt wird.

Der obige Wert L *» I.056 m stellt ungefähr die öeaamtquerabmessung der verbesserten Antenneneinheit dar. Bin zusätzlicher Vorteil der Erfindung ergibt sieh aus der Tatsche, dass dia gefalteten Dipole eine unerwartet geeignete Hinrichtung orgeben zum Vorändern oder "Verformen¹¹ des Abstrahlmuaters der axialen Antenne·

In Fig. 5 ist dar Satellit 2 nach der Stabilisierung auf seiner Umlaufbahn gezeigt, so dass die axiale Antenne 14

1/

/I

senkrecht erdw'irt3 gerichtet ist. Dag Strahlongsrauater der Antenne 14, v;ia Juroh die 3rvmd3tene verändert, die durch die ungebrochenen Schenkel ( in Fig. 3 .-Bit 2o bezeichnet) der gefalteten Dipole 13 und 13* dargestellt wird, i3t als den Hauptaipfel βinschilessend gezeigt, der in gestrichelten Linien bei L* L^ft gezeigt ist, wobei es klar 1st, da33 die beiden Formen, die getrennt als L' und L'' gezeigt sind, tatsächlich einen senkrechten Querschnitt durch einen garneirsaasen Drehfestk:Jrper uai die Senkrechte Z darstellen, ?;obei dieser Kdrper nächste: er,d als der Zipfel L bezeicr.net vriri. 3s ist weiterhin klar, da33 das Strahlmuater geringere Zipfel oder Ohren umfasst, die aus Figy 5 z-jt Erzielung grö3serer Klarheit weggelassen sind. Die geometrische Gestalt eines aolohen StrahlungsiBUsters kann durch zwei Winkel gekennzaiahnet werden, wie etwa die VfinkeHK und 3 , die gemeinsam sowohl die Vinkelablenkung der Bisektorachsen (wie etwa Ii) der Hauptfeldinten3ität von der Senkrechten definieren und die winkelmässige Breite des Zipfels L. Insbesondere ist 2 der Winkel zwischen dem Zipfel 3isektor :; und der Senkrechten Z, und <^ ist der rfinkel zwischen der Senkrechten und der Erzeugenden (wie etwa Z) eines Kegels, der ungefähr tangential zur inneren Oberfläche des festen Zipfel3 L liegt· Ss ist in vielen Satellitenverbindungsprograoaaen wünschenswert, ein Hichtungsstrahlmuster von dem Satelliten zu schaffen, das eine allgemeine Gestalt hat, wie in Fig. 5 gezeigt, d.h. mit einem Zipfel von verhältnlsmäs3ig

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schmaler Breite (d.h. mit -5er Qrösse Ί ( £ -/,, ) verhältntenäßßlg klein)und se gegenüber eier Senkrechten geneigt, daes ein Kcnus, der ungefähr tangential zur äusseren Oberfläche des festen Zipfels L liegt,ic wesentlichen tangential zur Erdoberfläche liegt, wie bei A unz B angezeigt. Selch ein Strahlungsmuster umfaest einen "tauben Bereich", der durch den inneren Konus CD vcn wesentlicher Ausdehnung definiert wird und führt zu einer hohen Konzentration empfangener Energie, die in dem verbleibenden nütz- f liehen Bereich zwischen den inneren und aus serer. Kegeln CD und AB verbleibt, wodurch eine Verringerung Ir. dem Kraftbedarf der Satellltensendeanlage möglich wird.

Die Werte, die fur die Winkelet und Q erforderlich sind, um solch ein Muster zu erzeugen, hängen selbstverständlich von der mittleren Höhe des Satelliten ab· Kit P.lchtantennensystemen der früherer. Technik, wie in Fig. 1 als Type dargestellt, waren die Paraneter, die bei Steuerung der Winkel dk -^d ü verstellt werden konnten und dadurch ein Strahlungsmuster von gewünschter Art schafften (für gegebene Werte der Hche und gestrahlte Frequenz) zwei ar. der Zahl; die Länge der axialen Antenne und ihr Abstand von der Grundebene, die durch die Endfläche 6 dargestellt wurde. Kit den beschrankten Steuerungsmäglichkeiten, die so zur Verfugung standen, war es nicht inrner durchführbar, eine optinale Gestalt für eine bestimmte Satellitenhöhe und eine bestirnte Signalfrequenz zu

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erreichen. Das Antennensystem nach der Erfindung stellt einen zusätzlichen Parameter zur Verfügung, wodurch das "Formen" des Strahlungsmusters der Richtantenne des Satelliten beträchtlich erleichtert wird. Dieser zusätzliche Parameter ist die Neigung der Seiten der Dipolelemente 18 und 18', d.h. der Winkel "fi , der von einem der beiden Seitenschenkel gebildet wird, wie etwa 18 A oder 18 B eines jeden Dipole im Verhältnis zur _fc Axialrichtung der Antenne 14. Es zeigt sich, dass der

- zusätzliche Qrad an Freiheit, der in die Konstruktion des Antennensystems durch diesen zusätzlichen Parameter Y eingeführt wird, zusamraegenommen mit den Parametern H (Länge des axialen Strahlers 14) und h (Höhe der Dipolgruppe über der Satellitenendfläohe) es möglloh maoht, die gewünschte Richtungsstrahlungsoharakterlstlken in praktisch allen wichtigen Fällen zu erzielen.

So wurde bei der hier erwähnten praktischen Anwendung festgestellt, dass im wesentlichen optimale Fernmeldebedingungen erzielt werden, wenn die Winkel<K und B In Fig· 5 gleich 45° und 54° gemacht werden konnten (die Winkelweite des Hauptstrahlungszipfels ist dann ungefähr 2 (54 - 45) = 18°). Die mittlere Höhe des Satelliten, wie sie sich aus der gewählten Umlaufbahn ergab, wurde als mit ungefähr 780 Kilometern festgelegt. Die festgelegte Frequenz für die Informationssignale, die von der Richtungsantenne 14 gesendet werden sollten, betrug 4oo

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Megahertz, wie oben angegeben. Ba wird berechnet, dass die er forder Hohe Richtcharakteristik, die die oben angegebenen Werte von<* und Ö hai, mit den folgenden Parameterverteh erzielt

H = 59o mm} h « l4o mmj Q a ?8°.

Die kombinierte Länge jeglioher Öipolelemente, wie früher bestimmt, beträgt I,o56 mm.

Mit dem genannten Richtungsmuster, wie durch die oben gegebenen Werte von 0\ und S dargelegt, wird berechnet, dass die Konzentration der gestrählten Energie im Zwischen-« bereioh (in Fig. 5 gestrichelt) so 1st, dass eine Verstärkung von ungefähr 5 db gegenüber dem erreicht wird, was mit einem isotropisohen Riohtungsmuster erzielt wird, d.h. mit ungefähr gleiohmässiger Strahlungsintensität gegenüber dem gesamten Kegel, der zwischen den Tangenten bei A und B zur Erdoberfläche gegeben ist. Dies gestattet eine entsprechende Verringerung in der Kraftzuleitung der * Funkanlagen im Innern des Satelliten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar, dass das integrierte Mehrzweckantennensystem nach der Erfindung b^-leucsame Vorteile hat. Infolge des engen funktionellen Zusammenwirkens zwischen den beiden unabhängig gespeisten Strahlungsuntergruppen, die das System umfasst, wie etwa einem Riohtungsaxialstrahler und einem Vielfachriohtungs-

, wobei der letztere teilweise die Qrund-

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ebene für den ersteren bildet, können, die beiden Untergruppen strukturell in eine kompakte Einheit kombiniert werden, die einfach in einer kleinen Trägerstruktur, wie etwa einem Satelliten montiert und verdrahtet werden kann. Gleichzeitig nimmt diese Integration der beiden Strahlungskomponenten, durch die die Erfindung gekennzeichnet ist, nichts von der Hauptfunktion des Systemes weg, die darin besteht, Punkenergie von verschiedenen Quellen abzustrahlen, von denen jede ihre besondere frequenz , Polarisation und Richtmerkmale hat. In der Tat bringt die besondere Art des Zusammenwirkens zwischen den beiden Strahlern einen zusätzlichen Parameter oder einen Qrad der Freiheit der ausgenutzt werden kann, um die Strahlungsmerkmale des Richtstrahlers in der beschriebenen Art und Weise zu verbessern.

Es ist klar, dass verschieden Abwandlungen in Einzelheiten der Ausführungsformen getroffen werden können, je nach den !Erfordernissen eines besonderen Anwendungsgebietes für das die Erfindung benutzt werden soll. V/ie bereits früher erwähnt, kann es bei gewissen Anwendungsgebieten wünschenswert sein, dass sowohl die Strahlungsbestandteile Richtmerkmale aufweisen, jedes in einer verschiedenen besonderen Richtung und in solchen Fällen kann das Vielfachrichtungsdrehkreuzabstrahlungsgerät durch einen einzelnen Rieht strahler ersetzt werden, oder mit einer Richtgruppe von im Abstand stehenden Strahlern, wie etwa gefalteten Dipolen, die beispielsweise in einer Endfeueranordnung ge-

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baut sind. Verschiedene andere Möglichkeiten sind den Fachleuten ohne weiteres klar.

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Claims (6)

U66052 Patentansprüche :

1. Mehrfachantennensystem, dadurch gekennzeichnet, dass es ein erstes Strahlelement (14) aufweist, ein zweites Strahlelement (18), dessen einer Punkt (M) geerdet ist und in der Nähe des ersten Elementes liegt, um so eine Erdebene dafür zu bilden, wobei das erste Element im Zusammenhang mit der Erdebene (18) eine erste vorher bestimmte Strahlcharakteristik hat und das;seweite Element eine andere und davon verschiedene Strahlcharakteristik, ein Mittel, um Radiofrequenzenergie von einer ersten Quelle zwischen einem Punkt des ersten Elementes (14) und Erde zur Abstrahlung in Übereinstimmung mit der ersten Charakteristik heranzuführen und einer Einrichtung zum Zuführen von Radiofrequenzenergie von einer anderen Quelle zu einem Punkt des genannten zweiten Elementes zum Abstrahlen in Übereinstimmung mit der genannten anderen Charakteristik, wodurch Energie von beiden Quellen (4o), (42) gleichzeitig und unabhängig mit den verschiedenen Charakteristiken abgestrahlt werden kann.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlelement (14) In Zusammenhang mit der Erdebene (18) eine Richtcharakteristik hat, während das zweite Element (18 A, 18 B) eine im wesentlichen in alle Richtungen strahlende Charakteristik hat.

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3. Antennensystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlelement (14) einen axialen Leiter (26) aufweist, der an einem Ende gespeist wird und das zweite Abstrahlerelement einen gefalteten Dipol (18) hat, dessen Mittelpunkt (m) geerdet ist und in einer Ebene im allgemeinen senkrecht zu dem genannten axialen Leiter (26) liegt, wobei der geerdete Mittelpunkt (M) in der Nähe des Zuführendes des axialen Leiters liegt und Mittel (PQ) vorgesehen sind, um Energie f von der genannten zweiten Quelle (42) in l8o° phasenverschobenen Verhältnis über die in nahem Abstand liegenden Enden des gefalteten Dipols zu führen·

4. Sin Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das «rat· Strahlelement (14) einen axialen Leiter (26) aufweist, der an einen Ende gespeist wird und der zweite Strahler (13) aus zwei gefalteten Dipolen (ISA, 18 B) besteht, deren Mittelpunkte (M) geerdet sind und die in kreuzweise« Verhältnis in einer Ebene liegen, die im allgemeinen senkrecht zu den axialen Leiter (26) liegt und Mit den geerdeten Mittelpunkten davon in der Nähe des Zufuhrendes (42, 42') des axialen Leiters (26), wobei Mittel vorgesehen sind, im Energie von der genannten Quelle über die in eng·« Abstand voneinander liegenden Enden einte gefalteten Dipols in I8o° Phasenversohitbungsverhältnis zuzuführen und Mittel, ua Energie von der zweiten Quellt 116er al· eng aneinanderliegenden luden

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des anderen gefalteten Dipols in l8o° phasenverschobenen Verhältnis zu führen und in Phasenquadraturverhältnis zum Speisen der Energie zu dem genannten ersten Dipol»

5. Ein Antennensystem nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Energie von der genannten zweiten Quelle (42) zu dem genannten oder jedem gefalteten Dipol über eine Symnietriereinrichtung (}4) geführt wird, die so angeordnet 1st, dass sie eine l3o° Phasenverschiebung zwischen die symmetrischen Endklemroen davon einbringt, die mit den Zufuhrklemmen (42) des Dipols verbunden sind.

6. Antennensystem nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des oder der gefalteten Dipole in einen vorher bestimmten Neigungswinkel zu der Ebene gebogen sind, die senkrecht zu dem axialen Leiter (26) in einer Richtung vondem axialen

Leiter (26) weg liegt.

7, Antennensystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass e« an Bord eines Raumfahrzeuges, z.B. eines Satelliten angeordnet ist.

3t !"tenrfachantenntnsyet·*, dadurch gekennzeichnet, das· ·* la wesentlichen so beschaffen i»t, wie hierin b·- «chrieben uafc·!· Hinweis «uf und wi· Xn Pi«, 2, Fig, 3 oder Pig, 4 und 6 der beigefügten Zeichnungen dargestellt.

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