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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Satelliten-Kommunikationsvorrichtung
an einem bewegten Körper
und insbesondere eine Satelliten-Kommunikationsvorrichtung an einem
bewegten Körper,
bei der in einer Antenne mit einem Radom, die an einem bewegten
Körper,
wie etwa einem Luftfahrzeug angebracht ist, Verluste aufgrund des
Sendens durch das Radom und eine Verzerrung von Polarisationseigenschaften
im Inneren der Antenne kompensiert werden.
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Stand der Technik
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Im
allgemeinen wird in einem Fall, in dem ein Radom über einer
Antenne angeordnet ist, zur Auflösung der
Verschlechterung von Antennenstrahlungseigenschaften aufgrund des
Radoms, eine halbkugelförmige gekrümmte Radomoberfläche verwendet,
so daß auch
dann, wenn die Antenne gedreht wird, der Einfallswinkel einer elektrischen
Welle konstant wird.
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Bei
einer Antenne mit einem Radom, die an einem bewegten Körper, wie
etwa einem Luftfahrzeug angebracht ist, kann wegen der begrenzten
Höhe des
Radoms die halbkugelförmige
gekrümmte
Oberfläche
des konstanten Einfallswinkels, die vorstehend erwähnt wurde,
nicht verwendet werden, und infolgedessen müssen die Verluste aufgrund
des Sendens einer elektrischen Welle durch das Radom und die Verschlechterung der
Eigenschaften akzeptiert werden.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer an einem Luftfahrzeug
angebrachten Antenne mit einem Radom zeigt. Da eine Antenne 1 und
ein Radom 2 an der Außenseite
eines Flugwerks 3 angebracht sind, wird ein anisotropes
Radom verwendet, das den geringstmöglichen Luftwiderstand und
eine stromlinienförmige
Gestalt hat, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Wenn also eine
elektrische Welle durch das Radom gesendet wird, wie es in 2 gezeigt
ist, erfolgt eine Dämpfung
der Ausgangsleistung der von der Antenne abgestrahlten elektrischen
Welle, und es findet eine Verschiebung in der Polarisationsebene
statt.
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Beispielsweise
kann in bezug auf die elektrische Welle, die vor dem Senden durch
das Radom die Polarisationsebene mit einer horizontalen Palarisation
H1 und einer vertikalen Polarisation V1 hat, die Verschiebung der
Polarisationsebene um einen bestimmten Phasenwinkel, wie durch H2
und V2 gezeigt ist, infolge des Sendens durch das Radom auftreten,
oder eine Dämpfung
der Ausgangsleistung, die durch V2 gezeigt ist, kann infolge des
Sendens durch das Radom auftreten. Der Grad der Verschiebung der
Polarisationsebene und die Dämpfung
der Ausgangsleistung werden durch die Frequenz und Richtwirkung
der elektrischen Welle zu diesem Zeitpunkt stark beeinflußt, ganz
zu schweigen von der Position und Gestalt des Radoms.
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3 ist
eine strukturelle Ansicht einer herkömmlichen Satelliten-Kommunikationsvorrichtung
an einem bewegten Körper,
die eine Polarisationsebene-Steuerschaltung hat, gemäß der Offenbarung
in der
JP-A-2002-141
849 . In der Zeichnung ist ein Radom
2 ein vorstehendes
anisotropes Radom, und eine Antennenvorrichtung
1 weist
einen wohlbekannten Hauptumlenkspiegel
4, einen Sekundärumlenkspiegel
5 und
eine Hornantenne
6 auf.
7 und
8 bezeichnen
90°-Phasen-Kombinatoren
zum Ausführen
einer Aufteilung in zwei Kanäle
bzw. eine Zusammensetzung von zwei Kanälen, während gleichzeitig eine Phase
von 90° aufrechterhalten
wird.
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Die
Bezugszeichen 9a, 9b, 10a und 10b bezeichnen
variable Phasenschieber, die jeweils in ein in die zwei Kanäle aufgeteiltes
Steuersystem eingefügt
sind, zum Phasenverschieben von Ausgangssignalen der 90°-Phasen-Kombinatoren 7 und 8; 11a und 11b bezeichnen
Hochleistungsverstärker
(HPA) zum Verstärken von
Ausgangssignalen der variablen Phasenschieber 9a und 9b; 12a und 12b sind
rauscharme Verstärker (LNA)
zum Verstärken
von Ausgangssignalen eines nachfolgenden 90°-Phasen-Kombinators 14; 13 bezeichnet
einen 90°-Phasen-Kombinator
zur Phasenkombination von Ausgangssignalen der Hochleistungsverstärker 11a und 11b; 14 ist
ein 90°-Phasen-Kombinator
zur Phasenkombination von Wählsignalen
von nachfolgend angegebenen Diplexern 15 und 16.
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Die
Bezugszeichen 15 und 16 bezeichnen Diplexer zum
Umschalten zwischen Senden und Empfangen und zum Trennen bzw. Kombinieren
von Signalen; 17 ist eine Polarisationsweiche, um als Schnittstelle zwischen
der Signalschaltung und der Antenne zu wirken, auch Positivmodenwandler
genannt; und 18 bezeichnet eine Antennensteuerschaltung
zum Ausführen
einer Polarisationswinkeleinstellung der Antenne und sonstigen Satellitenverfolgungssteuerung
der Antenne.
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Nachstehend
wird der Betrieb dieser Schaltung beschrieben. Wenn die an einem
bewegten Körper
befindliche Satelliten-Kommunikationsvorrichtung an einem Luftfahrzeug
angebracht ist, dann ist es aufgrund der Tatsache, daß sich die
relative Positionsbeziehung zu einem Satelliten jeden Augenblick ändert, erforderlich, daß die Richtung
eines Strahls durch das Einstellen des Polarisationswinkels der
Antenne 1 stets zu dem Satelliten weist.
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Wenn
nun ein an den Satelliten zu sendendes Sendersignal an einen sendeseitigen
Tx-Anschluß gemäß 3 angelegt
wird, so wird es von dem 90°-Phasen-Kombinator 7 in
zwei Kanäle
aufgeteilt, die zueinander orthogonale Komponenten haben, und die
jeweiligen Phasen werden von den variablen Phasenschiebern 9a und 9b unabhängig gesteuert.
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Die
Antennensteuerschaltung 18 berechnet auf der Basis der
absoluten Positionsinformation des Luftfahrzeugs und der Positionsinformation
des Satelliten die Richtung, in welche die Antenne weist und stellt
die Phasengrößen der
variablen Phasenschieber 9a, 9b, 10a und 10b ein,
um einen erwünschten
Antennenpolarisationswinkel zu erhalten. Die von der Antenne abgegebene
elektrische Welle, d. h. die effektive isotrop abgestrahlte Leistung
(nachstehend EIRP), wird übrigens
auf einem bestimmten Wert gehalten, der durch einen Einstellbefehlswert
bestimmt ist.
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Bei
dem obengenannten herkömmlichen
Antennensystem wird einem Einfluß auf die Dämpfung einer elektrischen Welle
und auf das Verschieben der Polarisationsebene, wenn sie durch das
anisotrope Radom gesendet wird, keine Beachtung geschenkt, und deshalb
sind keine Maßnahmen
dagegen ergriffen worden, siehe beispielsweise die
US-A-4 303 211 (Dooley et
al.).
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts dieses Aspekts konzipiert,
und eine Satelliten-Kommunikationsvorrichtung an einem bewegten
Körper
weist daher folgendes auf: eine Antenne, die an einem bewegten Körper angebracht
ist und ein anisotropes Radom hat; 90°-Phasen-Kombinatoren, die mit
der Antenne verbunden sind und Steuersysteme von mindestens zwei
Kanälen
jeweils zum Senden und Empfangen bilden; einen variablen Phasenschieber,
der in jedes der Steuersysteme der zwei Kanäle eingefügt ist; ein erstes variables
Dämpfungsglied,
das mit dem variablen Phasenschieber in Reihe geschaltet ist; und
eine Antennensteuerschaltung zum Ausführen der Lagesteuerung der
Antenne gemäß einer
relativen Positionsbeziehung zwischen dem bewegten Körper und
einem Satelliten; dabei weist die Antennensteuerschaltung folgendes
auf: eine erste Korrekturtabelle, die Radomkorrekturdaten für Frequenzen
und Polarisationswinkel der Antenne speichert, wobei der variable
Phasenschieber und das erste variable Dämpfungsglied durch Bezugnahme
auf die erste Korrekturtabelle gesteuert werden; und ferner ist
ein zweites variables Dämpfungsglied
vorgesehen, das an einer Eingangsseite des sendeseitigen 90°-Phasen-Kombinators
eingefügt
ist, wobei die Antennensteuerschaltung eine zweite Korrekturtabelle
aufweist, die Korrekturwerte hat, um durch Steuerung des ersten variablen
Dämpfungsgliedes
die EIRP zu beeinflussen, und das zweite variable Dämpfungsglied
durch Bezugnahme auf die zweite Korrekturtabelle gesteuert wird.
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Ferner
ist bei der Erfindung ein Hochleistungsverstärker vorgesehen, der mit dem
variablen Phasenschieber, der an der Sendeseite vorgesehen ist,
in Reihe geschaltet ist und dazu dient, die Sendeleistung des variablen
Phasenschiebers zu verstärken,
die Antennensteuerschaltung weist eine dritte Korrekturtabelle auf, die
Korrekturdaten zur Beeinflussung einer Sättigungseigenschaft des Verstärkers speichert,
und der variable Phasenschieber und das erste variable Dämpfungsglied
werden durch Bezugnahme darauf gesteuert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Antenne mit einem
Radom zeigt, die an einem Luftfahrzeug angebracht ist.
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2 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
eines Zustands von Verlusten und einer Änderung der Polarisationseigenschaft
infolge des Sendens durch ein Radom.
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3 ist
eine strukturelle Ansicht einer Satelliten-Kommunikationsvorrichtung
an einem bewegten Körper,
welche die Lagesteuerung einer herkömmlichen Antenne betrifft.
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4 ist
eine strukturelle Ansicht einer Satelliten-Kommunikationsvorrichtung
an einem bewegten Körper
nach einer Ausführungsform
der Erfindung.
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5 ist
eine einfache erläuternde
Ansicht, die ein Beispiel einer Radomkorrekturtabelle zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das eine Sättigungsausgangseigenschaft
eines Hochleistungsverstärkers zeigt.
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Beste Art, die Erfindung auszuführen
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4 ist
eine strukturelle Ansicht eines Antennensystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Strukturelle Bereiche, die denen der in 3 beschriebenen
herkömmlichen
Vorrichtung ähnlich
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und in den vorliegenden
Unterlagen wird mit Betonung auf neu hinzugefügte neue Bereiche in bezug
auf die Radomkorrektur deren Struktur beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen 19a und 19b variable
Dämpfungsglieder,
die in Reihe in sendeseitige variable Phasenschieber 9a und 9b eingefügt sind.
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Die
Bezugszeichen 20a und 20b bezeichnen variable
Dämpfungsglieder,
die in Reihe in empfangsseitige variable Phasenschieber 10a und 10b eingefügt sind; 21 bezeichnet
ein variables Dämpfungsglied,
das an einer Eingangsseite eines 90°-Phasen-Kombinators 7 eingefügt ist;
und 22 ist ein Speichermedium für auf die Radomkorrektur bezogene
Daten. Wenn beispielsweise ein Sendersignal an einen Satelliten
an einen Tx-Anschluß angelegt
wird, tritt es durch das variable Dämpfungsglied 21 in
den 90°-Phasen-Kombinator 7 ein und
wird dort in zwei Kanäle
aufgeteilt.
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Die
variablen Phasenschieber 9a und 9b und die variablen
Dämpfungsglieder 19a und 19b sind
in Reihe in die jeweiligen Kanäle
eingefügt,
und die Phasen und Amplituden der jeweiligen Kanäle werden in den jeweiligen
Kanälen
unabhängig
gesteuert. In bezug auf diese Steuerung werden auch in einem seriellen
Körper
der variablen Phasenschieber 10a und 10b, die
an einer Empfangsseite eingefügt
sind, und der variablen Dämpfungsglieder 20a und 20b die
Phasen und Amplituden gleichermaßen in den jeweiligen Kanälen unabhängig gesteuert.
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Dabei
weist die Antennensteuerschaltung 28 selbstverständlich ähnlich einer
herkömmlichen
Antennensteuerschaltung eine Satellitenverfolgungsfunktionsschaltung 102 auf,
die auf der Basis der absoluten Positionsinformation des Luftfahrzeugs
und der Positionsinformation des Satelliten eine Zeigerichtung der
Antenne berechnet und Phasengrößen der
variablen Phasenschieber 9a, 9b, 10a und 10b berechnet,
so daß ein erwünschter
Polarisationswinkel der Antenne erhalten wird.
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Ferner
werden bei der vorliegenden Erfindung die nachstehend beschriebenen
Maßnahmen
ergriffen gegen das Problem der Dämpfung einer elektrischen Welle,
die zum Zeitpunkt des Sendens durch ein Radom von der Antenne abgestrahlt
wird, und das Problem der Verschiebung der Polarisationsebene.
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In
Abhängigkeit
von dem Polarisationswinkel der Antenne und der Frequenz der elektrischen
Welle werden also Radomeigenschaftsdaten bezüglich der Änderung der Richtwirkung (Ausrichtungswinkel)
der Antenne im voraus gemessen und als daraus berechnete Radomkorrekturdaten
(Offet-Einstellungen) in einer Radomkorrekturtabelle 101 der
Antennensteuerschaltung 28 gespeichert.
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Insbesondere
wird die Richtwirkung (Richtung) der Antenne bei einer bestimmten
Frequenz f und einem bestimmten Polarisationswinkel θ vielfältig geändert, und
verglichen mit einem Fall, in dem es kein Radom gibt, werden die
Verschiebung eines Phasenwinkels und die Änderung einer Sendeamplitude
infolge des Einflusses des Radoms gemessen.
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Der
Grund, weshalb die Änderung
der Sendeamplitude ebenfalls gemessen wird, ist der, daß dann, wenn
die Phase geändert
wird, die Sendeamplitude des Phasenschiebers ebenfalls dementsprechend
geändert
wird. Auf der Basis dieser Messung wird die Radomkorrekturtabelle
erzeugt, in die ein sendeseitiger Korrekturphasenwinkel ΔΦL, ein empfangsseitiger
Korrekturphasenwinkel ΔΦR, ein sendeseitiger
Korrekturamplitudenwert ΔAL
und ein empfangsseitiger Korrekturamplitudenwert ΔAR eingeschrieben
werden.
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Diese
Radomkorrekturdaten werden separat in einem Computer gespeichert
oder in dem tragbaren Aufzeichnungsmedium 22 (das irgendein
beliebiges Medium sein kann) gespeichert, und diese Radomkorrekturdaten
sind Daten, die von dem Computer oder dem Aufzeichnungsmedium 22 in
die Radomkorrekturtabelle 101 der Antennensteuerschaltung 28 übertragen
oder heruntergeladen werden.
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5 ist
eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel der Radomkorrekturtabelle 101 zeigt,
welche ein Beispiel einer Tabelle ist, in die in Abhängigkeit
von den Frequenzen f1, f2, f3 ... und verschiedenen Polarisationswinkeln θ der sendeseitige
Korrekturphasenwinkel ΔΦL, der empfangsseitige
Korrekturphasenwinkel ΔΦR, der sendeseitige
Korrekturamplitudenwert ΔAL
und der empfangsseitige Korrekturamplitudenwert ΔAR eingeschrieben werden.
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Beispielsweise
wird gemäß der Zeichnung
eine solche Aufzeichnung gemacht, daß dann, wenn als der Polarisationswinkel θ ein Höhenwinkel
(EL) 0° ist
und ein Azimutwinkel (AZ) 0° ist,
der sendeseitige Korrekturphasenwinkel (Offset) 10° ist, der
empfangsseitige Korrekturphasenwinkel 20° ist, der sendeseitige Korrekturamplitudenwert
1 dB ist, und der empfangsseitige Korrekturamplitudenwert 2 dB ist.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich ist, werden der normale Ausgangswert
der Satellitenverfolgungsfunktionsschaltung 102, die herkömmlich betrieben
wird, und der Ausgangswert der Radomkorrekturtabelle 101 in
einer Verknüpfungsschaltung 103 miteinander
verknüpft,
und die Resultierende wird einer Steuereinheit 104 zugeführt.
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Dabei
führt die Änderung
der Sendeleistung durch die variablen Dämpfungsglieder 19a und 19b in
den jeweiligen Kanälen
zu einem erheblichen Einfluß auf
die Gesamtleistung EIRP, die von der Antenne abgestrahlt wird. Die
effektive isotrop abgestrahlte Leistung (EIRP) als Intensität der von
der Sendeantenne in alle Richtungen im Weltraum abgestrahlten elektrischen
Welle wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. EIRP
= Antennenverstärkung
+ Ausgangsleistung des Senders – Radomverlust.
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Die
Antennenverstärkung,
die Ausgangsleistung des Senders und der Radomverlust sind also
wichtige Faktoren für
die Bestimmung der EIRP.
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Bei
der besten Ausführungsform
der Erfindung ist das variable Dämpfungsglied 21 zum
Ausführen
der Amplitudensteuerung des gesamten Senders an dem Eingangsanschluß des Sendersignal
Tx vorgesehen, und eine EIRP-Steuerschaltung zum Steuern des variablen
Dämpfungsglieds 21 ist
in der Antennensteuerschaltung 28 vorgesehen. Diese EIRP-Steuerschaltung
weist eine Radomverlusttabelle 105, eine Antennenverstärkungstabelle 106,
Verknüpfungsschaltungen 107 und 108 und
dergleichen auf.
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Der
Einfluß der
vorstehenden variablen Dämpfungsglieder 19a und 19b auf
die EIRP wird in Form des Radomverlusts und der Antennenverstärkung korrigiert.
Dabei haben die Radomverlusttabelle 105 und die Antennenverstärkungstabelle 106 Korrekturwerte
für den
Einfluß durch
die variablen Dämpfungsglieder 19a und 19b auf
die EIRP, die Verknüpfungsschaltungen 107 und 108 beziehen
sich darauf, EIRP-Befehle werden dem gemeinsamen variablen Dämpfungsglied 21 erteilt,
und die Amplitudensteuerung des gesamten Senders wird ausgeführt.
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Dabei
wird eine Relation zwischen einer Amplitudenänderungsgröße (ΔATT) des variablen Dämpfungsglieds 21 in
diesem Fall und den Amplitudenkorrekturwerten ΔAL und ΔAR des Radoms durch die folgende
Gleichung ausgedrückt.
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In
der obigen Gleichung sind ΔATT, ΔAL und ΔAR sämtlich dB-Werte,
und es wird beispielsweise im Fall von ΔAL = +2 dB und ΔAR = –2 dB der
Wert von ΔATT
zu –0,45
dB.
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Da
die Radomkorrektur durch die vorstehende Radomkorrekturtabelle ausgeführt werden
kann, während
gleichzeitig die Radomkorrektur die EIRP nicht beeinflußt, kann
eine anspruchsvollere Radomkorrektur realisiert werden.
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Ferner
weist bei der besten Ausführungsart
der Erfindung die Antennensteuerschaltung 28 eine Verstärkerkorrekturtabelle 109 auf
und hebt den Einfluß der
Hochleistungs-Sättigungseigenschaften
der Hochleistungsverstärker 11a und 11b auf
das Radom auf.
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Wie
in 6 gezeigt ist, besteht in den Hochleistungsverstärkern 11a und 11b also
eine Tendenz zur Sättigung
der Ausgangseigenschaften in einem hohen Ausgangsbereich. Wenn die
Ausgangseigenschaften gesättigt
sind, sind auch die Sendephasen θ von
den Phasenschiebern 9a und 9b reduziert, und dies
beeinflußt
das gesamte Sende-/Empfangssystem sowohl hinsichtlich Amplitude
als auch Phase.
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Die
Verstärkerkorrekturtabelle 109 von 4 enhält Daten,
um den durch die Sättigungseigenschaften
erzeugten Einfluß auf
die Amplitude und die Phase zu korrigieren. Jeder der Ausgänge der
Hochleistungsverstärker 11a und 11b wird überwacht,
und dies kann durch eine Steuerschaltung 110, die einen
Wellendetektor und einen A/D-Wandler aufweist, erfaßt werden,
und es wird auf einen Wert in der Korrekturtabelle 109 Bezug
genommen, der dem Ausgangsleistungswert zu diesem Zeitpunkt entspricht,
und ein sendeseitiger Korrekturphasenwinkel ΔΦL', ein sendeseitiger Korrekturamplitudenwert ΔAL', ein empfangsseitiger
Korrekturphasenwinkel ΔΦR' und ein empfangsseitiger
Amplitudenwert ΔAR' werden als Befehlswerte
an die Steuereinheit 104 abgegeben.
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Die
Steuereinheit 104 gibt zusätzlich zu den verschiedenen
Steuerbefehlen (ΦL,
AL, ΦR,
AR) durch die herkömmliche
Satellitenverfolgungsfunktionsschaltung 102 die Steuerbefehle
unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Radomkorrekturtabelle 101 und
die Verstärkerkorrekturtabelle 109 aus.
Die Steuereinheit 104 gibt schließlich als die Steuerbefehlswerte
folgende Daten ab: den Korrekturphasenwinkel ΦL' zur Steuerung der sendeseitigen variablen
Phasenschieber 9a und 9b aus, den Korrekturamplitudenwert
AL' zur Steuerung der
sendeseitigen Dämpfungsglieder 19a und 19b,
den Korrekturphasenwinkel ΦR' zur Steuerung der
empfangsseitigen variablen Phasenschieber 10a und 10b und
den Korrekturamplitudenwert AR' zur
Steuerung der empfangsseitigen Dämpfungsglieder 20a und 20b.
Dadurch kann also auch die präzisere
Radomkorrektur unter Berücksichtigung
der Sättigungseigenschaften
der Verstärker
realisiert werden.